سیمی کنڈکٹر انڈسٹری میں ڈرائی ایچنگ ٹیکنالوجی کو سمجھنا

اینچنگ سے مراد ساختی نمونوں کو حاصل کرنے کے لیے جسمانی یا کیمیائی ذرائع سے مواد کو منتخب طور پر ہٹانے کی تکنیک ہے۔

فی الحال، بہت سے سیمی کنڈکٹر آلات میسا ڈیوائس ڈھانچے کو استعمال کرتے ہیں، جو بنیادی طور پر دو قسم کی ایچنگ کے ذریعے تخلیق کیے جاتے ہیں:گیلی اینچنگ اور خشک اینچنگ. اگرچہ سادہ اور تیز گیلی اینچنگ سیمی کنڈکٹر ڈیوائس فیبریکیشن میں ایک اہم کردار ادا کرتی ہے، اس میں موروثی خرابیاں ہیں جیسے کہ آئسوٹروپک ایچنگ اور ناقص یکسانیت، جس کے نتیجے میں چھوٹے سائز کے پیٹرن کو منتقل کرتے وقت محدود کنٹرول ہوتا ہے۔ خشک اینچنگ، تاہم، اس کی اعلی انیسوٹروپی، اچھی یکسانیت، اور دوبارہ قابلیت کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر ڈیوائس فیبریکیشن کے عمل میں نمایاں ہو گئی ہے۔ "ڈرائی ایچنگ" کی اصطلاح وسیع طور پر کسی بھی غیر گیلی اینچنگ ٹیکنالوجی سے مراد ہے جو سطحی مواد کو ہٹانے اور مائیکرو اور نینو پیٹرن کی منتقلی کے لیے استعمال ہوتی ہے، بشمول لیزر ایچنگ، پلازما ایچنگ، اور کیمیکل وانپ ایچنگ۔ اس متن میں زیر بحث خشک اینچنگ کا تعلق خاص طور پر مادی سطحوں کو تبدیل کرنے کے لیے پلازما ڈسچارج — جسمانی یا کیمیائی — کا استعمال کرتے ہوئے عمل کے تنگ اطلاق سے ہے۔ یہ کئی عام صنعتی اینچنگ ٹیکنالوجیز کا احاطہ کرتا ہے، بشمولآئن بیم ایچنگ (IBE)، ری ایکٹو آئن ایچنگ (RIE)، الیکٹران سائکلوٹرون ریزوننس (ECR) پلازما ایچنگ، اور Inductively Coupled Plasma (ICP) ایچنگ.

1. آئن بیم ایچنگ (IBE)

آئن ملنگ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، IBE 1970 کی دہائی میں ایک خالصتاً جسمانی اینچنگ طریقہ کے طور پر تیار ہوا۔ اس عمل میں غیر فعال گیسوں (جیسے Ar، Xe) سے پیدا ہونے والے آئن بیم شامل ہوتے ہیں جو ہدف کے مواد کی سطح پر بمباری کرنے کے لیے وولٹیج کے ذریعے تیز ہوتے ہیں۔ آئن سطح کے ایٹموں میں توانائی کی منتقلی کرتے ہیں، جس کی وجہ سے جو توانائی ان کی پابند توانائی سے زیادہ ہوتی ہے وہ چھلک جاتی ہے۔ یہ تکنیک آئن بیم کی سمت اور توانائی کو کنٹرول کرنے کے لیے تیز رفتار وولٹیج کا استعمال کرتی ہے، جس کے نتیجے میں بہترین اینچ انیسوٹروپی اور ریٹ کنٹرولیبلٹی ہوتی ہے۔ اگرچہ یہ کیمیاوی طور پر مستحکم مواد جیسے سیرامکس اور بعض دھاتوں کی اینچنگ کے لیے مثالی ہے، لیکن گہرے اینچز کے لیے موٹے ماسک کی ضرورت اینچنگ کی درستگی پر سمجھوتہ کر سکتی ہے، اور ہائی انرجی آئن بمباری جالیوں میں رکاوٹ کی وجہ سے ناگزیر برقی نقصان کا سبب بن سکتی ہے۔

2. ری ایکٹیو آئن ایچنگ (RIE)

IBE سے تیار کردہ، RIE کیمیائی رد عمل کو جسمانی آئن بمباری کے ساتھ جوڑتا ہے۔ آئی بی ای کے مقابلے میں، آر آئی ای ایچنگ کی اعلی شرحیں اور بڑے علاقوں میں بہترین انیسوٹروپی اور یکسانیت پیش کرتا ہے، جو اسے مائیکرو اور نینو فیبریکیشن میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی اینچنگ تکنیکوں میں سے ایک بناتا ہے۔ اس عمل میں متوازی پلیٹ الیکٹروڈز پر ریڈیو فریکوئنسی (RF) وولٹیج کا اطلاق شامل ہے، جس سے چیمبر میں موجود الیکٹران رد عمل والی گیسوں کو تیز اور آئنائز کرتے ہیں، جس سے پلیٹوں کے ایک طرف پلازما کی مستحکم حالت ہوتی ہے۔ الیکٹران کیتھوڈ کی طرف متوجہ ہونے اور انوڈ پر گراؤنڈ ہونے کی وجہ سے پلازما ایک مثبت صلاحیت رکھتا ہے، اس طرح چیمبر میں ایک برقی میدان پیدا ہوتا ہے۔ مثبت طور پر چارج شدہ پلازما کیتھوڈ سے منسلک سبسٹریٹ کی طرف تیز ہوتا ہے، مؤثر طریقے سے اسے کھینچتا ہے۔

اینچنگ کے عمل کے دوران، چیمبر کم دباؤ والے ماحول کو برقرار رکھتا ہے (0.1~10 Pa)، جو رد عمل کی گیسوں کی آئنائزیشن کی شرح کو بڑھاتا ہے اور ذیلی سطح پر کیمیائی رد عمل کے عمل کو تیز کرتا ہے۔ عام طور پر، RIE کے عمل کے لیے ضروری ہوتا ہے کہ رد عمل کے ضمنی پروڈکٹس کو اتار چڑھاؤ کے لیے ویکیوم سسٹم کے ذریعے مؤثر طریقے سے ہٹایا جائے، جس سے ایچنگ کی اعلی درستگی کو یقینی بنایا جائے۔ RF پاور لیول براہ راست پلازما کی کثافت اور ایکسلریشن بائیس وولٹیج کا تعین کرتا ہے، اس طرح اینچنگ ریٹ کو کنٹرول کرتا ہے۔ تاہم، پلازما کی کثافت میں اضافہ کرتے ہوئے، RIE تعصب وولٹیج کو بھی بڑھاتا ہے، جو جالی کو نقصان پہنچا سکتا ہے اور ماسک کی سلیکٹیوٹی کو کم کر سکتا ہے، اس طرح اینچنگ ایپلی کیشنز کے لیے حدود پیدا ہو جاتی ہیں۔ بڑے پیمانے پر انٹیگریٹڈ سرکٹس کی تیزی سے ترقی اور ٹرانزسٹروں کے گھٹتے ہوئے سائز کے ساتھ، مائیکرو اور نینو فیبریکیشن میں درستگی اور پہلو کے تناسب کی زیادہ مانگ ہوئی ہے، جس کی وجہ سے ہائی ڈینسٹی پلازما پر مبنی خشک اینچنگ ٹیکنالوجیز کی آمد ہوئی ہے، الیکٹرانک انفارمیشن ٹیکنالوجی کی ترقی کے نئے مواقع۔

3. الیکٹران سائکلوٹران گونج (ECR) پلازما اینچنگ

ECR ٹیکنالوجی، اعلی کثافت پلازما کے حصول کے لیے ایک ابتدائی طریقہ، چیمبر کے اندر الیکٹرانوں کے ساتھ گونجنے کے لیے مائکروویو توانائی کا استعمال کرتی ہے، جس میں بیرونی طور پر لاگو، فریکوئنسی سے مماثل مقناطیسی فیلڈ کے ذریعے الیکٹران سائکلوٹرون گونج پیدا ہوتا ہے۔ یہ طریقہ RIE کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ پلازما کی کثافت حاصل کرتا ہے، اینچنگ کی شرح اور ماسک سلیکٹیوٹی کو بڑھاتا ہے، اس طرح انتہائی ہائی ایسپیکٹ ریشو ڈھانچے کی اینچنگ کو آسان بناتا ہے۔ تاہم، نظام کی پیچیدگی، جو مائیکرو ویو ذرائع، RF ذرائع، اور مقناطیسی شعبوں کے مربوط کام پر انحصار کرتی ہے، آپریشنل چیلنجز کا باعث بنتی ہے۔ Inductively Coupled Plasma (ICP) Eching کا ظہور جلد ہی ECR پر آسان بنانے کے بعد ہوا۔

4. Inductively Coupled Plasma (ICP) Etching

آئی سی پی ایچنگ ٹیکنالوجی پلازما جنریشن اور ایکسلریشن بائیس وولٹیج دونوں کو کنٹرول کرنے کے لیے دو 13.56MHz RF ذرائع کا استعمال کرکے ECR ٹیکنالوجی پر مبنی نظام کو آسان بناتی ہے۔ ECR میں استعمال ہونے والے بیرونی مقناطیسی میدان کے بجائے، ایک سرپل کنڈلی ایک متبادل برقی مقناطیسی میدان کو آمادہ کرتی ہے، جیسا کہ اسکیمیٹک میں دکھایا گیا ہے۔ RF ذرائع برقی مقناطیسی جوڑے کے ذریعے توانائی کو اندرونی الیکٹرانوں میں منتقل کرتے ہیں، جو حوصلہ افزائی شدہ فیلڈ کے اندر سائکلوٹرون حرکت میں حرکت کرتے ہیں، آئنائزیشن کا سبب بننے کے لیے رد عمل والی گیسوں سے ٹکراتے ہیں۔ یہ سیٹ اپ ای سی آر کے مقابلے پلازما کثافت حاصل کرتا ہے۔ آئی سی پی ایچنگ مختلف اینچنگ سسٹمز کے فوائد کو یکجا کرتی ہے، ہائی اینچ ریٹ، اعلی سلیکٹیوٹی، بڑے رقبے کی یکسانیت، اور سادہ، قابل کنٹرول آلات کی ساخت کی ضروریات کو پورا کرتی ہے، اس طرح تیزی سے اعلی کثافت پلازما ایچنگ ٹیکنالوجیز کی نئی نسل کے لیے ترجیحی انتخاب بنتا ہے۔ .

5. خشک اینچنگ کی خصوصیات

خشک اینچنگ ٹیکنالوجی نے تیزی سے مائیکرو اور نینو فابریکیشن میں اپنی اعلیٰ اینسوٹروپی اور اعلی اینچنگ کی شرحوں کی وجہ سے، گیلی اینچنگ کی جگہ لے لی ہے۔ اچھی خشک اینچنگ ٹیکنالوجی کا جائزہ لینے کے معیار میں ماسک سلیکٹیوٹی، اینیسوٹروپی، اینچنگ کی شرح، مجموعی یکسانیت، اور جالی کے نقصان سے سطح کی ہمواری شامل ہیں۔ تشخیص کے بہت سے معیارات کے ساتھ، من گھڑت ضروریات کی بنیاد پر مخصوص صورتحال پر غور کیا جانا چاہیے۔ خشک اینچنگ کے سب سے زیادہ براہ راست اشارے سطح کی شکلیات ہیں، بشمول کھدی ہوئی فرش اور سائیڈ والز کی چپٹی اور کھدائی ہوئی چھتوں کی اینسوٹروپی، جو دونوں کو جسمانی بمباری کے کیمیائی رد عمل کے تناسب کو ایڈجسٹ کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ اینچنگ کے بعد مائکروسکوپک خصوصیات عام طور پر اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی اور اٹامک فورس مائکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے انجام دی جاتی ہیں۔ ماسک سلیکٹیوٹی، جو کہ ماسک کی اینچنگ کی گہرائی کا تناسب ہے اسی اینچنگ کے حالات اور وقت کے تحت مواد کے ساتھ، بہت اہم ہے۔ عام طور پر، سلیکٹیوٹی جتنی زیادہ ہوگی، پیٹرن کی منتقلی کی درستگی اتنی ہی بہتر ہوگی۔ ICP اینچنگ میں استعمال ہونے والے عام ماسک میں فوٹو ریزسٹ، دھاتیں اور ڈائی الیکٹرک فلمیں شامل ہیں۔ فوٹو ریزسٹ کی سلیکٹیوٹی ناقص ہوتی ہے اور وہ زیادہ درجہ حرارت یا پرجوش بمباری کے تحت گر سکتا ہے۔ دھاتیں اعلی سلیکٹیوٹی پیش کرتی ہیں لیکن ماسک ہٹانے میں چیلنجز پیش کرتی ہیں اور اکثر ملٹی لیئر ماسکنگ تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔ مزید برآں، دھاتی ماسک اینچنگ کے دوران سائیڈ والز سے چپک سکتے ہیں، جس سے رساو کے راستے بن سکتے ہیں۔ لہذا، مناسب ماسک ٹیکنالوجی کا انتخاب اینچنگ کے لیے خاص طور پر اہم ہے، اور ماسک کے مواد کے انتخاب کا تعین آلات کی کارکردگی کی مخصوص ضروریات کی بنیاد پر کیا جانا چاہیے۔**