सेमीकंडक्टर प्रसंस्करण में ऑक्सीकरण

सेमीकंडक्टर निर्माण में, विभिन्न प्रक्रियाओं में अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रसायनों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल होती है। इन पदार्थों की परस्पर क्रिया से शॉर्ट सर्किट जैसी समस्याएं हो सकती हैं, खासकर जब वे एक-दूसरे के संपर्क में आते हैं। ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं वेफर पर एक सुरक्षात्मक परत बनाकर ऐसी समस्याओं को रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, जिसे ऑक्साइड परत के रूप में जाना जाता है, जो विभिन्न रसायनों के बीच बाधा के रूप में कार्य करती है।

ऑक्सीकरण का एक प्राथमिक लक्ष्य वेफर की सतह पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) की एक परत बनाना है। यह SiO2 परत, जिसे अक्सर ग्लास फिल्म के रूप में जाना जाता है, अन्य रसायनों द्वारा प्रवेश के लिए अत्यधिक स्थिर और प्रतिरोधी है। यह सर्किट के बीच विद्युत धारा के प्रवाह को भी रोकता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि अर्धचालक उपकरण ठीक से काम करता है। उदाहरण के लिए, MOSFETs (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) में, गेट और वर्तमान चैनल को एक पतली ऑक्साइड परत द्वारा अलग किया जाता है जिसे गेट ऑक्साइड के रूप में जाना जाता है। गेट और चैनल के बीच सीधे संपर्क के बिना करंट के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए यह ऑक्साइड परत आवश्यक है।

अर्धचालक प्रक्रिया अनुक्रम

ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के प्रकार

गीला ऑक्सीकरण

गीले ऑक्सीकरण में वेफर को उच्च तापमान वाली भाप (H2O) के संपर्क में लाना शामिल है। इस विधि की विशेषता इसकी तीव्र ऑक्सीकरण दर है, जो इसे उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है जहां अपेक्षाकृत कम समय में मोटी ऑक्साइड परत की आवश्यकता होती है। पानी के अणुओं की उपस्थिति तेजी से ऑक्सीकरण की अनुमति देती है क्योंकि H2O का आणविक द्रव्यमान आमतौर पर ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में उपयोग की जाने वाली अन्य गैसों की तुलना में छोटा होता है।

हालाँकि, जबकि गीला ऑक्सीकरण तेज़ होता है, इसकी अपनी सीमाएँ होती हैं। गीले ऑक्सीकरण द्वारा निर्मित ऑक्साइड परत में अन्य तरीकों की तुलना में कम एकरूपता और घनत्व होता है। इसके अतिरिक्त, प्रक्रिया हाइड्रोजन (H2) जैसे उप-उत्पाद उत्पन्न करती है, जो कभी-कभी अर्धचालक निर्माण प्रक्रिया में बाद के चरणों में हस्तक्षेप कर सकती है। इन कमियों के बावजूद, मोटी ऑक्साइड परतों के उत्पादन के लिए गीला ऑक्सीकरण एक व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि बनी हुई है।

शुष्क ऑक्सीकरण

शुष्क ऑक्सीकरण में ऑक्साइड परत बनाने के लिए उच्च तापमान वाली ऑक्सीजन (O2) का उपयोग किया जाता है, जिसे अक्सर नाइट्रोजन (N2) के साथ जोड़ा जाता है। H2O की तुलना में O2 के उच्च आणविक द्रव्यमान के कारण इस प्रक्रिया में ऑक्सीकरण की दर गीले ऑक्सीकरण की तुलना में धीमी है। हालाँकि, शुष्क ऑक्सीकरण से बनी ऑक्साइड परत अधिक समान और सघन होती है, जो इसे उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है जहाँ पतली लेकिन उच्च गुणवत्ता वाली ऑक्साइड परत की आवश्यकता होती है।

शुष्क ऑक्सीकरण का एक प्रमुख लाभ हाइड्रोजन जैसे उप-उत्पादों की अनुपस्थिति है, जिससे एक स्वच्छ प्रक्रिया सुनिश्चित होती है जिससे अर्धचालक निर्माण के अन्य चरणों में हस्तक्षेप की संभावना कम होती है। यह विधि विशेष रूप से ऑक्साइड की मोटाई और गुणवत्ता पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता वाले उपकरणों में उपयोग की जाने वाली पतली ऑक्साइड परतों के लिए उपयुक्त है, जैसे कि MOSFETs के लिए गेट ऑक्साइड में।

मुक्त रेडिकल ऑक्सीकरण

मुक्त मूलक ऑक्सीकरण विधि अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रासायनिक वातावरण बनाने के लिए उच्च तापमान वाले ऑक्सीजन (O2) और हाइड्रोजन (H2) अणुओं का उपयोग करती है। यह प्रक्रिया धीमी ऑक्सीकरण दर पर चलती है, लेकिन परिणामी ऑक्साइड परत में असाधारण एकरूपता और घनत्व होता है। प्रक्रिया में शामिल उच्च तापमान से मुक्त कणों - अत्यधिक प्रतिक्रियाशील रासायनिक प्रजातियों - का निर्माण होता है जो ऑक्सीकरण की सुविधा प्रदान करते हैं।

मुक्त कण ऑक्सीकरण के प्रमुख लाभों में से एक इसकी न केवल सिलिकॉन बल्कि सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) जैसी अन्य सामग्रियों को भी ऑक्सीकरण करने की क्षमता है, जिसे अक्सर अर्धचालक उपकरणों में एक अतिरिक्त सुरक्षात्मक परत के रूप में उपयोग किया जाता है। मुक्त कण ऑक्सीकरण (100) सिलिकॉन वेफर्स के ऑक्सीकरण में भी अत्यधिक प्रभावी है, जिसमें अन्य प्रकार के सिलिकॉन वेफर्स की तुलना में सघन परमाणु व्यवस्था होती है।

मुक्त मूलक ऑक्सीकरण में उच्च प्रतिक्रियाशीलता और नियंत्रित ऑक्सीकरण स्थितियों के संयोजन से एक ऑक्साइड परत बनती है जो एकरूपता और घनत्व दोनों के मामले में बेहतर होती है। यह इसे उन अनुप्रयोगों के लिए एक उत्कृष्ट विकल्प बनाता है जिनके लिए अत्यधिक विश्वसनीय और टिकाऊ ऑक्साइड परतों की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से उन्नत अर्धचालक उपकरणों में।

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