एचिंग (माइक्रोफैब्रिकेशन)

2निर्माण के समय वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) की सतह से रासायनिक रूप से परतों को विस्थापित करने के लिए एचिंग का उपयोग माइक्रोफैब्रिकेशन में किया जाता है। एचिंग जटिल रूप से महत्वपूर्ण प्रक्रिया मॉड्यूल है, और प्रत्येक वेफर पूर्ण होने से पूर्व कई एचिंग चरणों से निकलता है।

एचिंग के कई चरणों के लिए, वेफर का भाग एचिंग से "मास्किंग" सामग्री द्वारा संरक्षित होता है जो एचिंग का प्रतिरोध करता है। कुछ स्तिथियों में, मास्किंग सामग्री फोटो प्रतिरोध है जिसे फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करके प्रतिरूपित किया गया है। अन्य स्थितियों में अधिक दृढ़ मास्क की आवश्यकता होती है, जैसे कि सिलिकॉन नाइट्राइड है।

अभिविन्यास-निर्भर एचिंग

 * KOH छर्रों को पानी में घोल दिया जाता है (सेल्फ-हीटिंग)।
 * एचिंग दर {110} > {100} >> {111}
 * KOH में {111} समतलों के लिए धीमी एचिंग अभिविन्यास है।
 * आप इस KOH फोटो प्रतिरोध को एचिंग मास्क के रूप में उपयोग नहीं कर सकते, क्योंकि ऑक्साइड अधिक धीरे-धीरे वार करता है, इसलिए यह प्रतिरोध जीवित नहीं रहेगा।
 * फोटो प्रतिरोध में एचिंग मास्क उपयोग किया जा सकता है, और एचिंग के लिए सबसे उत्तम फोटो प्रतिरोध नाइट्राइड है।
 * उदाहरण के लिए, KOH में Si की एचिंग दर क्रिस्टलोग्राफिक तल पर निर्भर करती है।
 * कम तापमान पर उच्च चयनात्मकता होती है (एचिंग दर धीमी होती है), उच्च तापमान पर चयनात्मकता कम हो जाती है (उच्च एचिंग दर)।

तापमान बढ़ने से एचिंग की दर बढ़ जाती है, किंतु चयनात्मकता कम हो जाती है।

योग्यता के आंकड़े
यदि एचिंग किसी सामग्री में कैविटी बनाने के लिए अभिप्रेत है, तो कैविटी की गहराई को लगभग एचिंग के समय और ज्ञात एचिंग दर का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है। अधिक बार, चूँकि, एचिंग को अंतर्निहित या मास्किंग परतों को हानि पहुँचाए बिना, बहुपरत संरचना की शीर्ष परत को पूर्ण रूप से विस्थापित कर देना चाहिए। एचिंग प्रणाली को ऐसा करने की क्षमता दो सामग्रियों (चयनात्मकता) में एचिंग दरों के अनुपात पर निर्भर करती है।

कुछ एचिंग मास्किंग परत को विभक्त (माइक्रोफैब्रिकेशन) करती हैं और ढलान वाली साइडवॉल के साथ कैविटी 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 विस्थापित कर देते हैं। आधुनिक प्रक्रियाएं एनिसोट्रॉपिक एचिंग की अधिक लोकप्रिय हैं, क्योंकि वे तीव्र, उत्तम रूप से नियंत्रित सुविधाओं का उत्पादन करती हैं।

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



वेट एचिंग
प्रथम एचिंग प्रक्रियाओं में तरल-चरण (गीला) एचेंट का उपयोग किया गया था। यह प्रक्रिया अब अधिक सीमा तक प्राचीन हो चुकी है, किंतु 1980 दशक के अंत तक इसका उपयोग किया गया था, जब इसे शुष्क प्लाज्मा एचिंग से विस्थापित कर दिया गया था। उदाहरण के लिए, बफर हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (बीएचएफ) का उपयोग सामान्यतः सिलिकॉन सब्सट्रेट पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड खोदने के लिए प्रयोग किया जाता है।

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

वेट एच्चेंट सामान्यतः आइसोट्रोपिक होते हैं, जो मोटी फिल्मों को एचिंग करते समय बड़े पूर्वाग्रह की ओर ले जाते हैं। उन्हें बड़ी मात्रा में जहरीले कचरे के निवारण की भी आवश्यकता होती है। इन कारणों से, वे संभवतः ही कभी अत्याधुनिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। चूँकि, फोटो प्रतिरोध के लिए उपयोग किया जाने वाला फोटोग्राफिक डेवलपर वेट एचिंग जैसा दिखता है।

विसर्जन के विकल्प के रूप में, एकल वेफर मशीनें गैस (सामान्यतः, शुद्ध नाइट्रोजन) को कुशन करने के लिए बर्नौली सिद्धांत का उपयोग करती हैं और वेफर के ओर की रक्षा करती हैं, जबकि दूसरी ओर एचेंट लगाया जाता है। इसे फ्रंट साइड या बैक साइड दोनों में किया जा सकता है। मशीन में और नीचे की ओर प्रभावित नहीं होने पर ईच रसायन को ऊपर की ओर फैलाया जाता है। यह ईच विधि बैकएंड प्रसंस्करण (बीईओएल) से पूर्व विशेष रूप से प्रभावी है, जहां वेफर पृष्ठभूमि के पश्चात वेफर्स सामान्य रूप से अधिक पतले होते हैं, और थर्मल या यांत्रिक तनाव के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। कुछ माइक्रोमीटर की भी पतली परत एचिंग करने से पृष्ठभूमि के समय उत्पन्न होने वाले माइक्रोक्रैक निकल जाएंगे, जिसके परिणामस्वरूप वेफर में नाटकीय रूप से बिना विभक्त शक्ति और नम्यता में वृद्धि होगी।

अनिसोट्रोपिक वेट एचिंग (अभिविन्यास निर्भर एचिंग)
कुछ वेट एच्चेंट क्रिस्टलीय पदार्थों को अधिक भिन्न दरों पर ऐच करते हैं, जिसके आधार पर क्रिस्टल का मास्क उजागर होता है। एकल-क्रिस्टल सामग्री (जैसे सिलिकॉन वेफर्स) में, यह प्रभाव अधिक अनिसोट्रॉपी की अनुमति दे सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। शब्द क्रिस्टलोग्राफिक एचिंग क्रिस्टल समतलों के साथ अनिसोट्रोपिक एचिंग का पर्याय है।

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

सिलिकॉन के लिए कई अनिसोट्रोपिक वेट एचिंग उपलब्ध हैं, ये सभी गर्म जलीय कास्टिक हैं। उदाहरण के लिए, पोटैशियम हाइड्रोक्साइड]] (KOH) दिशाओं की तुलना में क्रिस्टल दिशाओं में 400 गुना अधिक एचिंग दर चयनात्मकता प्रदर्शित करता है। EDP ​​(एथिलीन डायमाइन और पायरोकेटचोल का जलीय घोल), 17X की / चयनात्मकता प्रदर्शित करता है, KOH के जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड को नहीं खोदता है, और हल्के डोपिंग (अर्धचालक) और भारी बोरॉन-डोप्ड के मध्य उच्च चयनात्मकता भी प्रदर्शित करता है। (पी-प्रकार) सिलिकॉन पूर्व से ही सीमॉस  एकीकृत परिपथ 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 प्रस्तुत कर सकता है, और EDP अत्यधिक संक्षारक और कार्सिनोजेनिक है, इसलिए उनके उपयोग में सावधानी की आवश्यकता होती है। टेट्रामेथिलअमोनियम हाइड्रॉक्साइड (टीएमएएच) सिलिकॉन में {100} और {111} समतलों के मध्य 37X चयनात्मकता के साथ EDP की तुलना में सुरक्षित विकल्प प्रस्तुत करता है।

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


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

यदि एचिंग को पूर्ण करने के लिए प्रारंभ रखा जाता है, अर्थात जब तक समतल तल लुप्त नहीं हो जाता है, तो गड्ढा वी-आकार के क्रॉस सेक्शन के साथ खाई बन जाता है। यदि मूल आयत पूर्ण वर्ग था, तो गड्ढा जब पूर्ण करने के लिए एचिंग होता है तो 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 Rxxx दिशा में एचिंग की दर है, T एचिंग का समय है, D एचिंग की गहराई है, S सामग्री और एचिंग का अनिसोट्रॉपी है।

भिन्न-भिन्न एचेंट में भिन्न-भिन्न अनिसोट्रॉपी होते हैं। नीचे सिलिकॉन के लिए सामान्य अनिसोट्रोपिक एचेंट्स की सारणी है:

प्लाज्मा एचिंग
आधुनिक अधिक बड़े पैमाने पर एकीकरण (वीएलएसआई) प्रक्रियाएं वेट एचिंग से बचती हैं, और इसके अतिरिक्त प्लाज्मा एचिंग का उपयोग करती हैं। प्लाज्मा एचर प्लाज़्मा के मापदंडों को समायोजित करके कई मोड में कार्य कर सकते हैं। साधारण प्लाज्मा एचिंग 0.1 और 5 टोर के मध्य संचालित होती है। (दबाव की यह इकाई, सामान्यतः वैक्यूम इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है, लगभग 133.3 पास्कल (यूनिट) के समान होती है।) प्लाज्मा ऊर्जावान मुक्त कण उत्पन्न करता है, न्यूट्रली विद्युत् का आवेश होता है जो वेफर की सतह पर प्रतिक्रिया करता है। चूंकि तटस्थ कण सभी कोणों से वेफर पर वार करते हैं, यह प्रक्रिया आइसोट्रोपिक है।

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

प्लाज्मा के लिए स्रोत गैस में सामान्यतः क्लोरीन या फ्लोरीन से परिपूर्ण छोटे अणु होते हैं। उदाहरण के लिए, कार्बन टेट्राक्लोराइड (CCl4) सिलिकॉन और एल्यूमीनियम, और ट्राइफ्लोरोमीथेन सिलिकॉन डाइऑक्साइड और सिलिकॉन नाइट्राइड को अनुकरण करता है। ऑक्सीजन युक्त प्लाज़्मा का उपयोग ऑक्सीकरण (प्लाज्मा राख) फोटो प्रतिरोध के लिए किया जाता है और इसे विस्थापित करने की सुविधा प्रदान करता है।

आयन मिलिंग, या स्पटर एचिंग, कम दबावों का उपयोग करता है, जो प्रायः 10-4 टॉर (10 एमपीए) जितना कम होता है। यह गैसों के ऊर्जावान आयनों के साथ वेफर पर बमबारी करता है, प्रायः Ar+, जो संवेग स्थानांतरित करके सब्सट्रेट से परमाणुओं को प्रवेश देता है। क्योंकि एचिंग आयनों द्वारा की जाती है, जो लगभग दिशा से वेफर तक पहुंचते हैं, यह प्रक्रिया अत्यधिक अनिसोट्रोपिक है। दूसरी ओर, यह व्यर्थ चयनात्मकता प्रदर्शित करता है। प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग (RIE) स्पटर और प्लाज़्मा एचिंग (10−3 के मध्य और 10-1 टॉर) के मध्य मध्यवर्ती स्थितियों में संचालित होती है। डीप प्रतिक्रियाशील-आयन एचिंग (DRIE) गहरी, संकीर्ण विशेषताओं का उत्पादन करने के लिए आरआईई तकनीक को संशोधित करता है।

यह भी देखें

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

संदर्भ

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