एचिंग (माइक्रोफैब्रिकेशन)

निर्माण के दौरान एक वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) की सतह से रासायनिक रूप से परतों को हटाने के लिए नक़्क़ाशी का उपयोग microfabrication  में किया जाता है। नक़्क़ाशी एक गंभीर रूप से महत्वपूर्ण प्रक्रिया मॉड्यूल है, और प्रत्येक वेफर पूरा होने से पहले कई नक़्क़ाशी चरणों से गुजरता है।

नक़्क़ाशी के कई चरणों के लिए, वेफर का एक हिस्सा नक़्क़ाशी का प्रतिरोध करने वाली एक मास्किंग सामग्री द्वारा नक़्क़ाशी से सुरक्षित होता है। कुछ मामलों में, मास्किंग सामग्री एक photoresist  है जिसे फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके प्रतिरूपित किया गया है। अन्य स्थितियों में अधिक टिकाऊ मास्क की आवश्यकता होती है, जैसे कि सिलिकॉन नाइट्राइड।

अभिविन्यास-निर्भर नक़्क़ाशी

 * KOH छर्रों को पानी में घोल दिया जाता है (सेल्फ-हीटिंग)
 * नक़्क़ाशी दर {110} > {100} >> {111}
 * KOH में {111} विमानों के लिए धीमी नक़्क़ाशी अभिविन्यास है
 * आप इस KOH फोटोरेसिस्ट को एक एचिंग मास्क के रूप में उपयोग नहीं कर सकते, क्योंकि ऑक्साइड बहुत धीरे-धीरे हमला करता है, इसलिए यह प्रतिरोध जीवित नहीं रहेगा
 * Photoresist एक नक़्क़ाशी मुखौटा इस्तेमाल किया जा सकता है, और नक़्क़ाशी के लिए सबसे अच्छा photoresist नाइट्राइड है
 * उदाहरण के लिए, KOH में Si की नक़्क़ाशी दर क्रिस्टलोग्राफिक तल पर निर्भर करती है
 * कम तापमान पर आपके पास उच्च चयनात्मकता होती है (नक़्क़ाशी दर धीमी होती है), उच्च तापमान पर आपकी चयनात्मकता गिर जाएगी (उच्च नक़्क़ाशी दर)

तापमान बढ़ने से नक़्क़ाशी की दर बढ़ जाती है, लेकिन चयनात्मकता कम हो जाती है। वहां एक है

योग्यता के आंकड़े
यदि नक़्क़ाशी किसी सामग्री में गुहा बनाने के लिए अभिप्रेत है, तो गुहा की गहराई को लगभग नक़्क़ाशी के समय और ज्ञात नक़्क़ाशी दर का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है। अधिक बार, हालांकि, नक़्क़ाशी को अंतर्निहित या मास्किंग परतों को नुकसान पहुँचाए बिना, एक बहुपरत संरचना की शीर्ष परत को पूरी तरह से हटा देना चाहिए। नक़्क़ाशी प्रणाली की ऐसा करने की क्षमता दो सामग्रियों (चयनात्मकता) में नक़्क़ाशी दरों के अनुपात पर निर्भर करती है।

कुछ नक़्क़ाशी मास्किंग परत को काटती (नक़्क़ाशी) करती हैं और ढलान वाली साइडवॉल के साथ गुहा बनाती हैं। अंडरकटिंग की दूरी को बायस कहा जाता है। बड़े पूर्वाग्रह वाले एच्चेंट्स को समदैशिक  कहा जाता है, क्योंकि वे सभी दिशाओं में समान रूप से सब्सट्रेट को मिटा देते हैं। आधुनिक प्रक्रियाएं एनिसोट्रॉपिक नक़्क़ाशी को बहुत पसंद करती हैं, क्योंकि वे तेज, अच्छी तरह से नियंत्रित सुविधाओं का उत्पादन करती हैं।

नक़्क़ाशी मीडिया और प्रौद्योगिकी
एच्चेंट के दो मौलिक प्रकार तरल चरण (गीले) और प्लाज्मा (भौतिकी) - चरण (शुष्क) हैं। इनमें से प्रत्येक कई किस्मों में मौजूद है।



गीला नक़्क़ाशी
पहली नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में तरल-चरण (गीला) etchants का उपयोग किया गया था। यह प्रक्रिया अब काफी हद तक पुरानी हो चुकी है, लेकिन 1980 के दशक के अंत तक इसका उपयोग किया गया था, जब इसे शुष्क प्लाज्मा नक़्क़ाशी से हटा दिया गया था। वेफर को वगैरह के स्नान में डुबोया जा सकता है, जिसे अच्छी प्रक्रिया नियंत्रण प्राप्त करने के लिए उत्तेजित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए,  बफर ऑक्साइड Etch ्च (बीएचएफ) आमतौर पर एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड खोदने के लिए प्रयोग किया जाता है।

नक़्क़ाशीदार सतह को चित्रित करने के लिए विभिन्न विशिष्ट नक़्क़ाशी का उपयोग किया जा सकता है।

गीले वगैरह आमतौर पर आइसोट्रोपिक होते हैं, जो मोटी फिल्मों को नक़्क़ाशी करते समय बड़े पूर्वाग्रह की ओर ले जाते हैं। उन्हें बड़ी मात्रा में जहरीले कचरे के निपटान की भी आवश्यकता होती है। इन कारणों से, वे शायद ही कभी अत्याधुनिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। हालाँकि, फोटोरेसिस्ट के लिए उपयोग किया जाने वाला फोटोग्राफिक डेवलपर गीला नक़्क़ाशी जैसा दिखता है।

विसर्जन के विकल्प के रूप में, एकल वेफर मशीनें गैस (आमतौर पर, शुद्ध नाइट्रोजन) को कुशन करने के लिए बर्नौली सिद्धांत का उपयोग करती हैं और वेफर के एक तरफ की रक्षा करती हैं, जबकि दूसरी तरफ एचेंट लगाया जाता है। इसे फ्रंट साइड या बैक साइड दोनों में किया जा सकता है। मशीन में और नीचे की तरफ प्रभावित नहीं होने पर ईच केमिस्ट्री को ऊपर की तरफ फैलाया जाता है। बैकएंड प्रोसेसिंग (बीईओएल) से ठीक पहले यह ईच विधि विशेष रूप से प्रभावी है, जहां वेफर पृष्ठभूमि  के बाद वेफर्स सामान्य रूप से बहुत पतले होते हैं, और थर्मल या यांत्रिक तनाव के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। कुछ माइक्रोमीटर की भी एक पतली परत नक़्क़ाशी करने से बैकग्राइंडिंग के दौरान उत्पन्न होने वाले माइक्रोक्रैक निकल जाएंगे, जिसके परिणामस्वरूप वेफर में नाटकीय रूप से बिना टूटे ताकत और लचीलेपन में वृद्धि होगी।

अनिसोट्रोपिक गीला नक़्क़ाशी (अभिविन्यास निर्भर नक़्क़ाशी)
कुछ गीले वगैरह क्रिस्टलीय पदार्थों को बहुत अलग दरों पर उकेरते हैं, जिसके आधार पर क्रिस्टल का चेहरा उजागर होता है। एकल-क्रिस्टल सामग्री (जैसे सिलिकॉन वेफर्स) में, यह प्रभाव बहुत अधिक अनिसोट्रॉपी की अनुमति दे सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। क्रिस्टलोग्राफिक नक़्क़ाशी शब्द क्रिस्टल विमानों के साथ अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी का पर्याय है।

हालांकि, कांच जैसी कुछ गैर-क्रिस्टल सामग्री के लिए, अनिसोट्रोपिक तरीके से नक़्क़ाशी करने के अपरंपरागत तरीके हैं। लेखक मल्टीस्ट्रीम लामिनार प्रवाह को नियोजित करते हैं जिसमें कांच के खांचे को गढ़ने के लिए नक़्क़ाशीदार गैर-नक़्क़ाशी समाधान शामिल हैं। केंद्र में नक़्क़ाशी समाधान गैर-नक़्क़ाशी समाधानों से घिरा हुआ है और नक़्क़ाशी समाधानों से संपर्क करने वाला क्षेत्र आसपास के गैर-नक़्क़ाशी समाधानों द्वारा सीमित है। जिससे नक़्क़ाशी की दिशा मुख्य रूप से कांच की सतह के लंबवत होती है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवियां पहलू अनुपात (चौड़ाई/ऊंचाई = 0.5) की पारंपरिक सैद्धांतिक सीमा को तोड़ने का प्रदर्शन करती हैं और दो गुना सुधार (चौड़ाई/ऊंचाई = 1) में योगदान करती हैं।

सिलिकॉन के लिए कई अनिसोट्रोपिक गीले वगैरह उपलब्ध हैं, ये सभी गर्म जलीय कास्टिक हैं। उदाहरण के लिए, [[ पोटैशियम  हाइड्रोक्साइड ]] (केओएच) दिशाओं की तुलना में क्रिस्टल दिशाओं में 400 गुना अधिक एक नक़्क़ाशी दर चयनात्मकता प्रदर्शित करता है। EDP ​​(एथिलीन डायमाइन और पायरोकेटचोल का एक जलीय घोल), 17X की / चयनात्मकता प्रदर्शित करता है, KOH की तरह सिलिकॉन डाइऑक्साइड नहीं खोदता है, और हल्के  डोपिंग (अर्धचालक)  और भारी बोरॉन-डोप्ड के बीच उच्च चयनात्मकता भी प्रदर्शित करता है। (पी-प्रकार) सिलिकॉन। पहले से ही CMOS एकीकृत सर्किट वाले वेफर्स पर इन एच्चेंट्स का उपयोग करने के लिए सर्किटरी की सुरक्षा की आवश्यकता होती है। KOH मोबाइल पोटेशियम आयनों को सिलिकॉन डाइऑक्साइड में पेश कर सकता है, और EDP अत्यधिक संक्षारक और  कासीनजन  है, इसलिए उनके उपयोग में सावधानी की आवश्यकता होती है। टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीएमएएच) सिलिकॉन में {100} और {111} विमानों के बीच 37X चयनात्मकता के साथ ईडीपी की तुलना में एक सुरक्षित विकल्प प्रस्तुत करता है।

एक मास्किंग सामग्री में एक आयताकार छेद के माध्यम से एक (100) सिलिकॉन सतह को नक़्क़ाशीदार करना, उदाहरण के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड की एक परत में एक छेद, फ्लैट ढलान {111}-ओरिएंटेड साइडवॉल और एक फ्लैट (100)-ओरिएंटेड तल के साथ एक गड्ढा बनाता है। {111}-उन्मुख साइडवॉल्स के वेफर की सतह के लिए एक कोण है:


 * $$\arctan\sqrt{2}=54.7^\circ$$

अगर नक़्क़ाशी को पूरा करने के लिए जारी रखा जाता है, यानी जब तक सपाट तल गायब नहीं हो जाता है, तो गड्ढा वी-आकार के क्रॉस सेक्शन के साथ खाई बन जाता है। यदि मूल आयत एक पूर्ण वर्ग था, तो गड्ढा जब पूरा करने के लिए नक़्क़ाशीदार होता है तो एक पिरामिड आकार प्रदर्शित करता है।

मास्किंग सामग्री के किनारे के नीचे अंडरकट, δ, द्वारा दिया गया है:


 * $$\delta = \frac{\sqrt{6} D}{S}=\frac{\sqrt{6} R_{100}T}{R_{100}/R_{111}}=\sqrt{6}TR_{111}$$,

जहां आरxxx दिशा में नक़्क़ाशी की दर है, टी नक़्क़ाशी का समय है, डी नक़्क़ाशी की गहराई है और एस सामग्री और नक़्क़ाशी का अनिसोट्रॉपी है।

अलग-अलग etchants में अलग-अलग अनिसोट्रॉपी होते हैं। नीचे सिलिकॉन के लिए सामान्य अनिसोट्रोपिक एचेंट्स की एक तालिका है:

प्लाज्मा नक़्क़ाशी
आधुनिक बहुत बड़े पैमाने पर एकीकरण (वीएलएसआई) प्रक्रियाएं गीली नक़्क़ाशी से बचती हैं, और इसके बजाय प्लाज्मा नक़्क़ाशी का उपयोग करती हैं। प्लाज्मा एचर प्लाज़्मा के मापदंडों को समायोजित करके कई मोड में काम कर सकते हैं। साधारण प्लाज्मा नक़्क़ाशी 0.1 और 5 Torr के बीच संचालित होती है। (दबाव की यह इकाई, आमतौर पर वैक्यूम इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है, लगभग 133.3 पास्कल (यूनिट) एस के बराबर होती है।) प्लाज्मा ऊर्जावान मुक्त कण पैदा करता है, न्यूट्रली बिजली का आवेश, जो वेफर की सतह पर प्रतिक्रिया करता है। चूंकि तटस्थ कण सभी कोणों से वेफर पर हमला करते हैं, यह प्रक्रिया आइसोट्रोपिक है।

प्लाज्मा नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक हो सकती है, यानी, एक पैटर्न वाली सतह पर एक लेटरल अंडरकट रेट का प्रदर्शन, लगभग इसकी डाउनवर्ड ईचिंग दर के समान, या अनिसोट्रोपिक हो सकता है, यानी, इसकी डाउनवर्ड ईच रेट की तुलना में एक छोटे लेटरल अंडरकट रेट का प्रदर्शन। इस तरह के अनिसोट्रॉपी को गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (DRIE) में अधिकतम किया जाता है। प्लाज्मा नक़्क़ाशी के लिए अनिसोट्रॉपी शब्द का उपयोग अभिविन्यास-निर्भर नक़्क़ाशी का जिक्र करते समय उसी शब्द के उपयोग के साथ नहीं किया जाना चाहिए।

प्लाज्मा के लिए स्रोत गैस में आमतौर पर क्लोरीन या एक अधातु तत्त्व से भरपूर छोटे अणु होते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन टेट्राक्लोराइड (CCl4) सिलिकॉन और अल्युमीनियम, और ट्राइफ्लोरोमीथेन सिलिकॉन डाइऑक्साइड और सिलिकॉन नाइट्राइड को नक़ल करता है। ऑक्सीजन युक्त एक प्लाज़्मा का उपयोग ऑक्सीकरण (प्लाज्मा राख) फोटोरेसिस्ट के लिए किया जाता है और इसे हटाने की सुविधा प्रदान करता है।

आयन मिलिंग, या स्पटर एचिंग, कम दबावों का उपयोग करता है, अक्सर 10 जितना कम होता है-4 टॉर (10 एमपीए)। यह महान गैसों के ऊर्जावान आयनों के साथ वेफर पर बमबारी करता है, अक्सर आर्गन+, जो संवेग स्थानांतरित करके सब्सट्रेट से परमाणुओं को दस्तक देता है। क्योंकि नक़्क़ाशी आयनों द्वारा की जाती है, जो लगभग एक दिशा से वेफर तक पहुंचते हैं, यह प्रक्रिया अत्यधिक अनिसोट्रोपिक है। दूसरी ओर, यह खराब चयनात्मकता प्रदर्शित करता है। प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी (RIE) स्पटर और प्लाज़्मा नक़्क़ाशी (10 के बीच−3 और 10-1 टोर्र)। गहरी प्रतिक्रियाशील-आयन नक़्क़ाशी (DRIE) गहरी, संकीर्ण विशेषताओं का उत्पादन करने के लिए RIE तकनीक को संशोधित करता है।

यह भी देखें

 * रासायनिक-यांत्रिक समतलीकरण|रासायनिक-यांत्रिक पॉलिशिंग
 * इनगट सॉइंग
 * धातु की सहायता से रासायनिक नक़्क़ाशी
 * उत्थापन (सूक्ष्म प्रौद्योगिकी)

संदर्भ

 * Ibid, "Processes for MicroElectroMechanical Systems (MEMS)"
 * Ibid, "Processes for MicroElectroMechanical Systems (MEMS)"