সিলিকন এপিটাক্সির বৈশিষ্ট্য

সিলিকন এপিটাক্সিআধুনিক সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক প্রক্রিয়া. এটি সুনির্দিষ্টভাবে পালিশ করা একক-ক্রিস্টাল সিলিকন সাবস্ট্রেটে নির্দিষ্ট স্ফটিক গঠন, পুরুত্ব, ডোপিং ঘনত্ব এবং টাইপ সহ একক-ক্রিস্টাল সিলিকন পাতলা ফিল্মের এক বা একাধিক স্তর বৃদ্ধির প্রক্রিয়াকে বোঝায়। এই বর্ধিত ফিল্মটিকে একটি এপিটাক্সিয়াল স্তর (এপিটাক্সিয়াল লেয়ার বা এপি লেয়ার) বলা হয় এবং একটি এপিটাক্সিয়াল স্তর সহ একটি সিলিকন ওয়েফারকে এপিটাক্সিয়াল সিলিকন ওয়েফার বলা হয়। এর মূল বৈশিষ্ট্য হল যে নতুন বেড়ে ওঠা এপিটাক্সিয়াল সিলিকন স্তরটি ক্রিস্টালোগ্রাফিতে সাবস্ট্রেট জালি কাঠামোর একটি ধারাবাহিকতা, যা সাবস্ট্রেটের মতো একই স্ফটিক অভিযোজন বজায় রেখে একটি নিখুঁত একক স্ফটিক কাঠামো তৈরি করে। এটি এপিটাক্সিয়াল স্তরটিকে সুনির্দিষ্টভাবে ডিজাইন করা বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে অনুমতি দেয় যা সাবস্ট্রেটের থেকে আলাদা, এইভাবে উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরির জন্য একটি ভিত্তি প্রদান করে।

সিলিকন এপিটাক্সির জন্য উল্লম্ব এপিটাক্সিয়াল সাসেপ্টর

Ⅰ সিলিকন এপিটাক্সি কি?

1) সংজ্ঞা: সিলিকন এপিটাক্সি হল এমন একটি প্রযুক্তি যা রাসায়নিক বা ভৌত পদ্ধতিতে সিলিকন পরমাণুকে একক-ক্রিস্টাল সিলিকন সাবস্ট্রেটে জমা করে এবং একটি নতুন একক-ক্রিস্টাল সিলিকন পাতলা ফিল্ম তৈরি করার জন্য সাবস্ট্রেট জালির কাঠামো অনুযায়ী সাজিয়ে রাখে।

2) জালি ম্যাচিং: মূল বৈশিষ্ট্য হল এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির সুশৃঙ্খলতা। জমাকৃত সিলিকন পরমাণুগুলি এলোমেলোভাবে স্ট্যাক করা হয় না, তবে পরমাণু-স্তরের সুনির্দিষ্ট প্রতিলিপি অর্জন করে, সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে পরমাণু দ্বারা প্রদত্ত "টেমপ্লেট" এর নির্দেশনায় সাবস্ট্রেটের স্ফটিক অভিযোজন অনুসারে সাজানো হয়। এটি নিশ্চিত করে যে এপিটাক্সিয়াল স্তরটি পলিক্রিস্টালাইন বা নিরাকার না হয়ে একটি উচ্চ-মানের একক স্ফটিক।

3) নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা: সিলিকন এপিটাক্সি প্রক্রিয়াটি বৃদ্ধি স্তরের পুরুত্ব (ন্যানোমিটার থেকে মাইক্রোমিটার), ডোপিং টাইপ (এন-টাইপ বা পি-টাইপ) এবং ডোপিং ঘনত্বের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেয়। এটি একই সিলিকন ওয়েফারে বিভিন্ন বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য সহ অঞ্চলগুলি গঠনের অনুমতি দেয়, যা জটিল ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট তৈরির চাবিকাঠি।

4) ইন্টারফেস বৈশিষ্ট্য: এপিটাক্সিয়াল স্তর এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে একটি ইন্টারফেস তৈরি হয়। আদর্শভাবে, এই ইন্টারফেসটি পারমাণবিকভাবে সমতল এবং দূষণ-মুক্ত। যাইহোক, ইন্টারফেসের গুণমান এপিটাক্সিয়াল স্তরের কর্মক্ষমতার জন্য গুরুত্বপূর্ণ, এবং কোনো ত্রুটি বা দূষণ ডিভাইসের চূড়ান্ত কর্মক্ষমতা প্রভাবিত করতে পারে।

Ⅱ সিলিকন এপিটাক্সির নীতি

সিলিকনের এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি মূলত সিলিকন পরমাণুগুলিকে সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত করার জন্য এবং সংমিশ্রণের জন্য সর্বনিম্ন শক্তির জালি অবস্থান খুঁজে পাওয়ার জন্য সঠিক শক্তি এবং পরিবেশ প্রদানের উপর নির্ভর করে। বর্তমানে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত প্রযুক্তি হল কেমিক্যাল ভ্যাপার ডিপোজিশন (সিভিডি)।

রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD): এটি সিলিকন এপিটাক্সি অর্জনের মূলধারার পদ্ধতি। এর মূল নীতিগুলি হল:

● অগ্রদূত পরিবহন: সিলিকন উপাদানযুক্ত গ্যাস (পূর্বসূরি), যেমন সিলেন (SiH4), ডিক্লোরোসিলেন (SiH2Cl2) বা ট্রাইক্লোরোসিলেন (SiHCl3), এবং ডোপান্ট গ্যাস (যেমন এন-টাইপ ডোপিংয়ের জন্য ফসফাইন PH3 এবং পি-টাইপ মাইকপোর্টের জন্য ডিবোরেন বি 2 এইচ 6 উচ্চ মাত্রার ডোপিং এবং প্রি-টেম্পারে প্রবেশ করে) প্রতিক্রিয়া চেম্বার।

● পৃষ্ঠ প্রতিক্রিয়া: উচ্চ তাপমাত্রায় (সাধারণত 900°C এবং 1200°C এর মধ্যে), এই গ্যাসগুলি উত্তপ্ত সিলিকন সাবস্ট্রেটের পৃষ্ঠে রাসায়নিক পচন বা প্রতিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, SiH4→Si(সলিড)+2H2(গ্যাস)।

● সারফেস মাইগ্রেশন এবং নিউক্লিয়েশন: পচন দ্বারা উত্পাদিত সিলিকন পরমাণুগুলি সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে শোষিত হয় এবং পৃষ্ঠে স্থানান্তরিত হয়, অবশেষে একত্রিত করার জন্য সঠিক জালির স্থান খুঁজে পায় এবং একটি নতুন একক গঠন শুরু করেস্ফটিক স্তর। এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ সিলিকনের গুণমান মূলত এই ধাপের নিয়ন্ত্রণের উপর নির্ভর করে।

● স্তরযুক্ত বৃদ্ধি: নতুন জমা হওয়া পারমাণবিক স্তরটি ক্রমাগতভাবে সাবস্ট্রেটের জালির কাঠামোর পুনরাবৃত্তি করে, স্তরে স্তরে বৃদ্ধি পায় এবং একটি নির্দিষ্ট বেধের সাথে একটি এপিটাক্সিয়াল সিলিকন স্তর গঠন করে।

মূল প্রক্রিয়া পরামিতি: সিলিকন এপিটাক্সি প্রক্রিয়ার গুণমান কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত, এবং মূল পরামিতিগুলির মধ্যে রয়েছে:

● তাপমাত্রা: প্রতিক্রিয়া হার, পৃষ্ঠের গতিশীলতা এবং ত্রুটি গঠনকে প্রভাবিত করে।

● চাপ: গ্যাস পরিবহন এবং প্রতিক্রিয়া পথ প্রভাবিত করে।

● গ্যাস প্রবাহ এবং অনুপাত: বৃদ্ধির হার এবং ডোপিং ঘনত্ব নির্ধারণ করে।

● স্তর পৃষ্ঠ পরিচ্ছন্নতা: কোনো দূষক ত্রুটির উত্স হতে পারে.

● অন্যান্য প্রযুক্তি: যদিও CVD হল মূলধারা, তবে মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) এর মতো প্রযুক্তিগুলিও সিলিকন এপিটাক্সির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে, বিশেষ করে R&D বা বিশেষ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যেগুলির জন্য অত্যন্ত উচ্চ নির্ভুলতা নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজন হয়৷MBE সরাসরি একটি অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশে সিলিকন উত্সগুলিকে বাষ্পীভূত করে, এবং পারমাণবিক বা আণবিক মরীচিগুলি সরাসরি বৃদ্ধির জন্য সাবস্ট্রেটের উপর প্রক্ষিপ্ত হয়।

Ⅲ সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনে সিলিকন এপিটাক্সি প্রযুক্তির নির্দিষ্ট প্রয়োগ

সিলিকন এপিটাক্সি প্রযুক্তি সিলিকন উপকরণের প্রয়োগের পরিসরকে ব্যাপকভাবে প্রসারিত করেছে এবং এটি অনেক উন্নত সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরির একটি অপরিহার্য অংশ।

● CMOS প্রযুক্তি: হাই-পারফরম্যান্স লজিক চিপগুলিতে (যেমন CPUs এবং GPUs), একটি কম-ডোপড (P− বা N−) এপিটাক্সিয়াল সিলিকন স্তর প্রায়শই একটি ভারী ডোপড (P+ বা N+) সাবস্ট্রেটে জন্মায়। এই এপিটাক্সিয়াল সিলিকন ওয়েফার কাঠামো কার্যকরভাবে ল্যাচ-আপ প্রভাব (ল্যাচ-আপ) দমন করতে পারে, ডিভাইসের নির্ভরযোগ্যতা উন্নত করতে পারে এবং সাবস্ট্রেটের কম প্রতিরোধ ক্ষমতা বজায় রাখতে পারে, যা বর্তমান সঞ্চালন এবং তাপ অপচয়ের জন্য সহায়ক।

● বাইপোলার ট্রানজিস্টর (BJT) এবং BiCMOS: এই ডিভাইসগুলিতে, সিলিকন এপিটাক্সি সঠিকভাবে ভিত্তি বা সংগ্রাহক অঞ্চলের মতো কাঠামো তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় এবং ট্রানজিস্টরের লাভ, গতি এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলি এপিটাক্সিয়াল স্তরের ডোপিং ঘনত্ব এবং পুরুত্ব নিয়ন্ত্রণ করে অপ্টিমাইজ করা হয়।

● ইমেজ সেন্সর (CIS): কিছু ইমেজ সেন্সর অ্যাপ্লিকেশনে, এপিটাক্সিয়াল সিলিকন ওয়েফারগুলি পিক্সেলের বৈদ্যুতিক বিচ্ছিন্নতা উন্নত করতে পারে, ক্রসস্ট্যাক কমাতে পারে এবং ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতাকে অপ্টিমাইজ করতে পারে। এপিটাক্সিয়াল স্তর একটি পরিষ্কার এবং কম ত্রুটিপূর্ণ সক্রিয় এলাকা প্রদান করে।

● উন্নত প্রক্রিয়া নোড: ডিভাইসের আকার ক্রমাগত সঙ্কুচিত হওয়ার সাথে সাথে বস্তুগত বৈশিষ্ট্যগুলির প্রয়োজনীয়তা উচ্চতর এবং উচ্চতর হচ্ছে৷ সিলিকন এপিটাক্সি টেকনোলজি, সিলেক্টিভ এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ (SEG) সহ, বাহক গতিশীলতা উন্নত করতে এবং এইভাবে ট্রানজিস্টরগুলির গতি বাড়াতে নির্দিষ্ট এলাকায় স্ট্রেনড সিলিকন বা সিলিকন জার্মেনিয়াম (SiGe) এপিটাক্সিয়াল স্তরগুলি বৃদ্ধি করতে ব্যবহৃত হয়।

সিলিকন এপিটাক্সির জন্য অনুভূমিক এপিটাক্সিয়াল সাসেপ্টর

Ⅳসিলিকন এপিটাক্সি প্রযুক্তির সমস্যা এবং চ্যালেঞ্জ

যদিও সিলিকন এপিটাক্সি প্রযুক্তি পরিপক্ক এবং ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবুও সিলিকন প্রক্রিয়ার এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধিতে কিছু চ্যালেঞ্জ এবং সমস্যা রয়েছে:

● ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ: এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির সময় বিভিন্ন স্ফটিক ত্রুটি যেমন স্ট্যাকিং ফল্ট, স্থানচ্যুতি, স্লিপ লাইন ইত্যাদি তৈরি হতে পারে। এই ত্রুটিগুলি ডিভাইসের বৈদ্যুতিক কর্মক্ষমতা, নির্ভরযোগ্যতা এবং ফলনকে গুরুতরভাবে প্রভাবিত করতে পারে। ত্রুটিগুলি নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি অত্যন্ত পরিষ্কার পরিবেশ, অপ্টিমাইজ করা প্রক্রিয়া পরামিতি এবং উচ্চ-মানের সাবস্ট্রেট প্রয়োজন।

● অভিন্নতা: বড় আকারের সিলিকন ওয়েফার (যেমন 300 মিমি) এপিটাক্সিয়াল স্তরের পুরুত্ব এবং ডোপিং ঘনত্বের নিখুঁত অভিন্নতা অর্জন একটি চলমান চ্যালেঞ্জ। অ-অভিন্নতা একই ওয়েফারে ডিভাইসের কার্যক্ষমতার পার্থক্য হতে পারে।

● অটোডোপিং: এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির প্রক্রিয়া চলাকালীন, সাবস্ট্রেটে উচ্চ-ঘনত্বের ডোপ্যান্টগুলি গ্যাস ফেজ ডিফিউশন বা কঠিন-স্থিতির বিস্তারের মাধ্যমে ক্রমবর্ধমান এপিটাক্সিয়াল স্তরে প্রবেশ করতে পারে, যার ফলে এপিটাক্সিয়াল স্তর ডোপিং ঘনত্ব প্রত্যাশিত মান থেকে বিচ্যুত হতে পারে, বিশেষত এপিটাক্সিয়াল স্তর এবং স্তরের মধ্যে ইন্টারফেসের কাছাকাছি। সিলিকন এপিটাক্সি প্রক্রিয়ায় এটি এমন একটি সমস্যা যা সমাধান করা দরকার।

● সারফেস মর্ফোলজি: এপিটাক্সিয়াল স্তরের পৃষ্ঠটি অবশ্যই অত্যন্ত সমতল থাকতে হবে এবং কোনো রুক্ষতা বা পৃষ্ঠের ত্রুটি (যেমন কুয়াশা) পরবর্তী প্রক্রিয়াগুলিকে প্রভাবিত করবে যেমন লিথোগ্রাফি।

● খরচ: সাধারণ পালিশ সিলিকন ওয়েফারের সাথে তুলনা করে, এপিটাক্সিয়াল সিলিকন ওয়েফারের উত্পাদন অতিরিক্ত প্রক্রিয়া পদক্ষেপ এবং সরঞ্জাম বিনিয়োগ যোগ করে, যার ফলে উচ্চ খরচ হয়।

● নির্বাচনী এপিটাক্সির চ্যালেঞ্জ: উন্নত প্রক্রিয়াগুলিতে, নির্বাচনী এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি (শুধুমাত্র নির্দিষ্ট এলাকায় বৃদ্ধি) প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের উপর উচ্চ চাহিদা রাখে, যেমন বৃদ্ধির হারের নির্বাচনীতা, পার্শ্বীয় অতিবৃদ্ধির নিয়ন্ত্রণ ইত্যাদি।

Ⅴউপসংহার

একটি মূল অর্ধপরিবাহী উপাদান প্রস্তুতি প্রযুক্তি হিসাবে, মূল বৈশিষ্ট্যসিলিকন এপিটাক্সিএকক-ক্রিস্টাল সিলিকন সাবস্ট্রেটে নির্দিষ্ট বৈদ্যুতিক এবং শারীরিক বৈশিষ্ট্য সহ উচ্চ-মানের একক-ক্রিস্টাল এপিটাক্সিয়াল সিলিকন স্তরগুলি সঠিকভাবে বৃদ্ধি করার ক্ষমতা। সিলিকন এপিটাক্সি প্রক্রিয়ায় তাপমাত্রা, চাপ এবং বায়ুপ্রবাহের মতো পরামিতিগুলির সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, স্তরের পুরুত্ব এবং ডোপিং বিতরণ বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর অ্যাপ্লিকেশন যেমন CMOS, পাওয়ার ডিভাইস এবং সেন্সরগুলির চাহিদা মেটাতে কাস্টমাইজ করা যেতে পারে।

যদিও সিলিকনের এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ, অভিন্নতা, স্ব-ডোপিং এবং খরচের মতো চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়, প্রযুক্তির ক্রমাগত অগ্রগতির সাথে, সিলিকন এপিটাক্সি এখনও কর্মক্ষমতা উন্নতি এবং সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইসের কার্যকরী উদ্ভাবনের জন্য একটি মূল চালিকা শক্তি, এবং এপিটাক্সিয়াল ম্যান সিলিকন ওয়েফেরে এর অবস্থান।