वेफर निर्माण

जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है, इसकी मांग बढ़ती जाती हैवेफर्सबढ़ना जारी है. वर्तमान में, घरेलू बाजार में सिलिकॉन वेफर्स के मुख्य आकार 100 मिमी, 150 मिमी और 200 मिमी हैं। सिलिकॉन का व्यास बढ़ानावेफर्सप्रत्येक चिप की विनिर्माण लागत को कम कर सकता है, जिससे 300 मिमी सिलिकॉन वेफर्स की मांग बढ़ सकती है। हालाँकि, बड़े व्यास प्रमुख मापदंडों पर भी सख्त आवश्यकताएं लगाते हैं, जैसे वेफर सतह की समतलता, ट्रेस अशुद्धता नियंत्रण, आंतरिक दोष और ऑक्सीजन सामग्री। नतीजतन, वेफर विनिर्माण चिप उत्पादन में अनुसंधान का प्राथमिक फोकस बन गया है।

वेफर निर्माण में गहराई से जाने से पहले, अंतर्निहित क्रिस्टल संरचना को समझना आवश्यक है।

सामग्रियों के आंतरिक परमाणु संगठन में अंतर उनके बीच अंतर करने में एक महत्वपूर्ण कारक है। सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसी क्रिस्टलीय सामग्रियों में परमाणु एक निश्चित आवधिक संरचना में व्यवस्थित होते हैं, जबकि प्लास्टिक जैसी गैर-क्रिस्टलीय सामग्रियों में इस क्रमबद्ध व्यवस्था का अभाव होता है। सिलिकॉन अपनी अनूठी संरचना, अनुकूल रासायनिक गुणों, प्राकृतिक प्रचुरता और अन्य फायदों के कारण वेफर्स के लिए प्राथमिक सामग्री के रूप में उभरा है।

क्रिस्टलीय पदार्थों में परमाणु संगठन के दो स्तर होते हैं। पहला स्तर व्यक्तिगत परमाणुओं की संरचना है, जो एक इकाई कोशिका बनाती है जो समय-समय पर पूरे क्रिस्टल में दोहराई जाती है। दूसरा स्तर इन इकाई कोशिकाओं की समग्र व्यवस्था को संदर्भित करता है, जिसे जाली संरचना के रूप में जाना जाता है, जहां परमाणु जाली के भीतर विशिष्ट स्थान रखते हैं। यूनिट सेल में परमाणुओं की संख्या, उनकी सापेक्ष स्थिति और उनके बीच की बंधन ऊर्जा सामग्री के विभिन्न गुणों को निर्धारित करती है। सिलिकॉन क्रिस्टल संरचना को हीरे की संरचना के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो विकर्ण लंबाई के एक-चौथाई द्वारा विकर्ण के साथ ऑफसेट फेस-केंद्रित क्यूबिक लैटिस के दो सेटों से बना है।

क्रिस्टल में आवधिकता और समरूपता की विशेषताओं के लिए सार्वभौमिक त्रि-आयामी आयताकार समन्वय प्रणाली का उपयोग करने के बजाय परमाणुओं की स्थिति का वर्णन करने के लिए एक सरल विधि की आवश्यकता होती है। किसी क्रिस्टल में उसकी जाली आवधिकता के आधार पर परमाणु वितरण का बेहतर वर्णन करने के लिए, हम तीन मार्गदर्शक सिद्धांतों के अनुसार एक इकाई सेल का चयन करते हैं। यह इकाई कोशिका क्रिस्टल की आवधिकता और समरूपता को प्रभावी ढंग से दर्शाती है और सबसे छोटी दोहराई जाने वाली इकाई के रूप में कार्य करती है। एक बार इकाई कोशिका के भीतर परमाणु निर्देशांक निर्धारित हो जाने पर, हम पूरे क्रिस्टल में कणों की सापेक्ष स्थिति का आसानी से अनुमान लगा सकते हैं। यूनिट सेल के तीन किनारे वाले वैक्टर के आधार पर एक समन्वय प्रणाली स्थापित करके, हम क्रिस्टल संरचना का वर्णन करने की प्रक्रिया को महत्वपूर्ण रूप से सरल बना सकते हैं।

एक क्रिस्टल तल को क्रिस्टल के भीतर परमाणुओं, आयनों या अणुओं की व्यवस्था से बनी एक सपाट सतह के रूप में परिभाषित किया जाता है। इसके विपरीत, क्रिस्टल दिशा इन परमाणु व्यवस्थाओं के एक विशिष्ट अभिविन्यास को संदर्भित करती है।

मिलर सूचकांकों का उपयोग करके क्रिस्टल विमानों का प्रतिनिधित्व किया जाता है। आमतौर पर, कोष्ठक () क्रिस्टल तलों को दर्शाते हैं, वर्गाकार कोष्ठक [] क्रिस्टल दिशाओं को दर्शाते हैं, कोण कोष्ठक <> क्रिस्टल दिशाओं के परिवारों को दर्शाते हैं, और घुंघराले कोष्ठक {} क्रिस्टल तलों के परिवारों को दर्शाते हैं। सेमीकंडक्टर निर्माण में, सिलिकॉन वेफर्स के लिए सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले क्रिस्टल प्लेन (100), (110), और (111) हैं। प्रत्येक क्रिस्टल तल में अद्वितीय विशेषताएं होती हैं, जो उन्हें विभिन्न उत्पादन प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त बनाती हैं।

उदाहरण के लिए, (100) क्रिस्टल विमानों का उपयोग मुख्य रूप से उनके अनुकूल सतह गुणों के कारण एमओएस उपकरणों के निर्माण में किया जाता है, जो थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर नियंत्रण की सुविधा प्रदान करते हैं। इसके अतिरिक्त, (100) क्रिस्टल विमानों वाले वेफर्स को प्रसंस्करण के दौरान संभालना आसान होता है और उनकी सतह अपेक्षाकृत सपाट होती है, जो उन्हें बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट के उत्पादन के लिए आदर्श बनाती है। इसके विपरीत, (111) क्रिस्टल प्लेन, जिनमें उच्च परमाणु घनत्व और कम विकास लागत होती है, अक्सर द्विध्रुवी उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं। बीज क्रिस्टल की उचित दिशा का चयन करके विकास प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टल दिशा को सावधानीपूर्वक प्रबंधित करके इन स्तरों को प्राप्त किया जा सकता है।

(100) क्रिस्टल तल Y-Z अक्ष के समानांतर है और X-अक्ष को उस बिंदु पर काटता है जहां इकाई मान 1 है। (110) क्रिस्टल तल X और Y अक्ष दोनों को काटता है, जबकि (111) क्रिस्टल तल प्रतिच्छेद करता है सभी तीन अक्ष: X, Y, और Z.

संरचनात्मक परिप्रेक्ष्य में, (100) क्रिस्टल तल एक चौकोर आकार बनाता है, जबकि (111) क्रिस्टल तल एक त्रिकोणीय आकार लेता है। विभिन्न क्रिस्टल विमानों के बीच संरचना में भिन्नता के कारण, वेफर के टूटने का तरीका भी भिन्न होता है। <100> की ओर उन्मुख वेफर्स चौकोर आकार में टूट जाते हैं या समकोण (90°) पर टूट जाते हैं, जबकि <111> की ओर उन्मुख वेफर्स त्रिकोणीय टुकड़ों में टूट जाते हैं।

क्रिस्टल की आंतरिक संरचनाओं से जुड़े अद्वितीय रासायनिक, विद्युत और भौतिक गुणों को देखते हुए, वेफर का विशिष्ट क्रिस्टल अभिविन्यास इसके समग्र प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। नतीजतन, तैयारी प्रक्रिया के दौरान क्रिस्टल अभिविन्यास पर सख्त नियंत्रण बनाए रखना महत्वपूर्ण है।

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