थर्मल एनीलिंग क्या है

एनीलिंग प्रक्रिया, जिसे थर्मल एनीलिंग भी कहा जाता है, सेमीकंडक्टर निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह सिलिकॉन वेफर्स को उच्च तापमान पर रखकर सामग्रियों के विद्युत और यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है। एनीलिंग का प्राथमिक लक्ष्य जाली क्षति की मरम्मत करना, डोपेंट को सक्रिय करना, फिल्म गुणों को संशोधित करना और धातु सिलिसाइड बनाना है। एनीलिंग प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के कई सामान्य टुकड़ों में अनुकूलित SiC-लेपित हिस्से शामिल हैंचालू करनेवाला, कवर, आदि Semicorex द्वारा प्रदान किया गया।

एनीलिंग प्रक्रिया के मूल सिद्धांत

एनीलिंग प्रक्रिया का मूल सिद्धांत सामग्री के भीतर परमाणुओं को पुनर्व्यवस्थित करने के लिए उच्च तापमान पर थर्मल ऊर्जा का उपयोग करना है, जिससे विशिष्ट भौतिक और रासायनिक परिवर्तन प्राप्त होते हैं। इसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:

1. जाली क्षति की मरम्मत:

  - आयन आरोपण: आयन आरोपण के दौरान उच्च-ऊर्जा आयन सिलिकॉन वेफर पर बमबारी करते हैं, जिससे जाली संरचना को नुकसान होता है और एक अनाकार क्षेत्र बनता है।

  - एनीलिंग मरम्मत: उच्च तापमान पर, अनाकार क्षेत्र के भीतर परमाणुओं को जाली क्रम को बहाल करने के लिए पुन: व्यवस्थित किया जाता है। इस प्रक्रिया के लिए आमतौर पर लगभग 500°C तापमान सीमा की आवश्यकता होती है।

2. अशुद्धता सक्रियण:

  - डोपेंट माइग्रेशन: एनीलिंग प्रक्रिया के दौरान इंजेक्ट किए गए अशुद्धता परमाणु अंतरालीय साइटों से जाली साइटों पर चले जाते हैं, जो प्रभावी रूप से डोपिंग बनाते हैं।

  - सक्रियण तापमान: अशुद्धता सक्रियण के लिए आमतौर पर उच्च तापमान, लगभग 950°C की आवश्यकता होती है। उच्च तापमान से अशुद्धता की सक्रियता दर बढ़ जाती है, लेकिन अत्यधिक उच्च तापमान अत्यधिक अशुद्धता प्रसार का कारण बन सकता है, जिससे डिवाइस का प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है।

3. फिल्म संशोधन:

  - सघनीकरण: एनीलिंग ढीली फिल्मों को सघन कर सकती है और सूखी या गीली नक़्क़ाशी के दौरान उनके गुणों को बदल सकती है।

  - हाई-के गेट डाइइलेक्ट्रिक्स: हाई-के गेट डाइइलेक्ट्रिक्स की वृद्धि के बाद पोस्ट डिपोजिशन एनीलिंग (पीडीए) डाइइलेक्ट्रिक गुणों को बढ़ा सकता है, गेट लीकेज करंट को कम कर सकता है और डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक को बढ़ा सकता है।

4. धातु सिलिसाइड निर्माण:

  - मिश्र धातु चरण: धातु की फिल्में (जैसे, कोबाल्ट, निकल और टाइटेनियम) मिश्र धातु बनाने के लिए सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करती हैं। विभिन्न एनीलिंग तापमान स्थितियों के कारण विभिन्न मिश्र धातु चरणों का निर्माण होता है।

  - प्रदर्शन अनुकूलन: एनीलिंग तापमान और समय को नियंत्रित करके, कम संपर्क प्रतिरोध और शरीर प्रतिरोध के साथ मिश्र धातु चरण प्राप्त किए जा सकते हैं।

विभिन्न प्रकार की एनीलिंग प्रक्रियाएँ

1. उच्च तापमान भट्टी एनीलिंग:

विशेषताएं: उच्च तापमान (आमतौर पर 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक) और लंबे एनीलिंग समय (कई घंटे) के साथ पारंपरिक एनीलिंग विधि।

अनुप्रयोग: उच्च तापीय बजट की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त, जैसे एसओआई सब्सट्रेट तैयारी और गहरे एन-वेल प्रसार।

2. रैपिड थर्मल एनीलिंग (आरटीए):

विशेषताएं: तेजी से हीटिंग और शीतलन की विशेषताओं का लाभ उठाकर, एनीलिंग को कम समय में पूरा किया जा सकता है, आमतौर पर लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान और सेकंड के समय पर।

अनुप्रयोग: अल्ट्रा-उथले जंक्शनों के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त, यह अशुद्धियों के अत्यधिक प्रसार को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है और उन्नत नोड निर्माण का एक अनिवार्य हिस्सा है।

3. फ्लैश लैंप एनीलिंग (एफएलए):

विशेषताएं: तेजी से एनीलिंग प्राप्त करने के लिए सिलिकॉन वेफर्स की सतह को बहुत कम समय (मिलीसेकंड) में गर्म करने के लिए उच्च तीव्रता वाले फ्लैश लैंप का उपयोग करें।

अनुप्रयोग: 20 एनएम से कम लाइन चौड़ाई के साथ अल्ट्रा-उथले डोपिंग सक्रियण के लिए उपयुक्त, जो उच्च अशुद्धता सक्रियण दर को बनाए रखते हुए अशुद्धता प्रसार को कम कर सकता है।

4. लेजर स्पाइक एनीलिंग (एलएसए):

विशेषताएं: स्थानीयकृत और उच्च परिशुद्धता एनीलिंग प्राप्त करने के लिए सिलिकॉन वेफर सतह को बहुत कम समय (माइक्रोसेकंड) में गर्म करने के लिए लेजर प्रकाश स्रोत का उपयोग करें।

अनुप्रयोग: विशेष रूप से उन्नत प्रक्रिया नोड्स के लिए उपयुक्त है जिनके लिए उच्च-परिशुद्धता नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जैसे कि फिनफेट और हाई-के/मेटल गेट (एचकेएमजी) उपकरणों का निर्माण।

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