সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন সরঞ্জামগুলিতে শাওয়ারহেড (গ্যাস ডিস্ট্রিবিউশন প্লেট বা গ্যাস হোমোজেনাইজেশন প্লেট নামেও পরিচিত) এচিং, রাসায়নিক বাষ্প জমা (সিভিডি), এবং পারমাণবিক স্তর জমা (ALD) এর মতো মূল প্রক্রিয়াগুলির "গ্যাস বিতরণ হৃদয়" হিসাবে কাজ করে। এটি আমানত ফিল্ম বেধ এবং এচিং হারের সামঞ্জস্যের অভিন্নতা নির্ধারণ করে, সরাসরি চিপের ফলনকে প্রভাবিত করে। যাইহোক, এর প্রযুক্তিগত বাধাগুলি অত্যন্ত উচ্চ, এবং এটি দীর্ঘকাল ধরে বিদেশী নির্মাতাদের দ্বারা একচেটিয়াভাবে প্রতিষ্ঠিত হয়েছে, একটি একক ইউনিটের দাম কয়েক হাজার RMB। যেহেতু প্রক্রিয়া নোডগুলি 7nm এবং নীচে সঙ্কুচিত হতে থাকে, চিপ উত্পাদন পরিবেশ ক্রমশ চ্যালেঞ্জিং হয়ে ওঠে। শাওয়ারহেডগুলি উচ্চ তাপমাত্রা (600 ডিগ্রির উপরে), উচ্চ চাপ এবং আরও তীব্র ক্ষয়কারী প্লাজমা (যেমন, ফ্লোরিন-ভিত্তিক এবং ক্লোরিন-ভিত্তিক প্লাজমা) সম্মুখীন হয়, একই সাথে গ্যাস বিতরণের অভিন্নতা এবং চেম্বারের পরিচ্ছন্নতার অভূতপূর্ব স্তরের দাবি করে। উন্নত সিরামিক উপাদান যেমন অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড এবং সিলিকন কার্বাইড দিয়ে তৈরি শাওয়ারহেড, উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধ, উচ্চ বৈদ্যুতিক নিরোধক, শক্তিশালী ক্ষয় প্রতিরোধের, এবং কম ধাতব দূষণের মূল সুবিধাগুলি ব্যবহার করে, যথেষ্ট সম্ভাবনাময় বাজারের সাথে উন্নত প্রক্রিয়া শাওয়ারহেডগুলির জন্য শীর্ষ পছন্দ হয়ে উঠেছে। এই নিবন্ধটি এই সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন উপাদানে সিরামিক উপকরণগুলির প্রয়োগের প্রবণতাগুলি অন্বেষণ করে।
1. শাওয়ারহেডের গঠন এবং কাজের নীতি
শাওয়ারহেডের সাধারণত একটি ডিস্ক আকৃতি থাকে। এর মূল অংশে একটি অভ্যন্তরীণ গ্যাসের চাপ-সমানকারী চ্যানেল রয়েছে যা তরল গতিবিদ্যা সিমুলেশনের মাধ্যমে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে এবং এর নীচের পৃষ্ঠটি হাজার হাজার মাইক্রো-হোল দিয়ে ঘন ছিদ্রযুক্ত। উপরেরটি বিভিন্ন প্রতিক্রিয়াশীল গ্যাসের জন্য গ্যাস ইনলেট লাইনের সাথে সংযুক্ত থাকে। উদাহরণ হিসাবে একটি সাধারণ CVD প্রতিক্রিয়া চেম্বার গ্রহণ করা: গ্যাস ইনলেটের পরে, বিভিন্ন প্রতিক্রিয়াশীল গ্যাসগুলি অভ্যন্তরীণ নির্ভুল চাপ-সমানকারী চ্যানেলগুলির মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে এবং একটি অভিন্ন ঘনত্ব ক্ষেত্র তৈরি করে। তারপরে তারা ঝরনার নীচের পৃষ্ঠ থেকে উল্লম্বভাবে হাজার হাজার মাইক্রন আকারের ছিদ্রের মাধ্যমে ওয়েফার পৃষ্ঠে একটি ল্যামিনার প্রবাহ পদ্ধতিতে বের করা হয়, যেখানে তারা প্রতিক্রিয়া করে এবং একটি পাতলা ফিল্ম তৈরি করে। চেম্বারের ভিতরে গ্যাস প্রবাহের ধরণকে প্রভাবিত করে, শাওয়ারহেড অশান্তি এবং মৃত অঞ্চল এড়াতে সাহায্য করে। এটি শুধুমাত্র ওয়েফার পৃষ্ঠের উপর প্রতিক্রিয়াশীল গ্যাসগুলির চরম অভিন্নতা নিশ্চিত করে না বরং এটিও নিশ্চিত করে যে প্রতিক্রিয়া উপজাতগুলি অবিলম্বে খালি করা হয়েছে, তাজা গ্যাসকে ক্রমাগত ওয়েফার পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করার অনুমতি দেয়। শেষ পর্যন্ত, এটি ফিল্মের বেধের অভিন্নতা এবং এচ রেট সামঞ্জস্যের গ্যারান্টি দেয়, যার ফলে চিপের ফলন সুরক্ষিত হয়।
2. সেমিকন্ডাক্টর শাওয়ারহেডের উপাদানের বিবর্তন এবং সিরামিক সামগ্রীর প্রয়োগের প্রবণতা
শাওয়ারহেডের জন্য উপাদানের পছন্দ সরাসরি এর পরিষেবা জীবন, পরিবেশগত প্রতিরোধ এবং প্রক্রিয়া সামঞ্জস্যতা নির্ধারণ করে। বর্তমানে, সেমিকন্ডাক্টর শাওয়ারহেড উপকরণগুলি তিনটি প্রধান বিভাগে পড়ে, বিভিন্ন প্রক্রিয়া এবং খরচ বাজেটের জন্য ক্যাটারিং:
অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়, স্টেইনলেস স্টিল, বিশুদ্ধ নিকেল এবং নিকেল-ভিত্তিক অ্যালয় সহ ধাতব পদার্থ। এগুলোর মধ্যে, হালকা ওজন, ভালো তাপ পরিবাহিতা এবং মাঝারি খরচের কারণে প্রচলিত প্রক্রিয়ায় (28nm এবং তার বেশি) অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয় সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়। হার্ড অ্যানোডাইজিং চিকিত্সার মাধ্যমে, তাদের জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করা যেতে পারে। যাইহোক, উচ্চ-তাপমাত্রার অধীনে, শক্তিশালী প্লাজমা পরিবেশে, অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয় ম্যাট্রিক্সের প্লাজমা বোমাবাজি প্রতিরোধ ক্ষমতা সীমিত, যার ফলে পৃষ্ঠের ক্ষতি বা কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়। বর্তমানে, চরম আল্ট্রাভায়োলেট (EUV) লিথোগ্রাফি এবং পারমাণবিক স্তর জমা (ALD), নিকেল-ভিত্তিক সংকর ধাতু এবং টাইটানিয়াম সংকরগুলি তাদের উচ্চতর প্লাজমা বোমাবাজি প্রতিরোধের এবং উচ্চ-তাপমাত্রার স্থিতিশীলতার কারণে ধীরে ধীরে অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতুগুলিকে প্রতিস্থাপন করছে।
সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ, সিলিকন ইলেক্ট্রোড নামেও পরিচিত, উচ্চ-বিশুদ্ধতা একরঙা সিলিকন থেকে তৈরি করা হয়। উপাদানটি অত্যন্ত বিশুদ্ধ, অমেধ্য মুক্তির প্রবণতা নয়, এইভাবে প্রতিক্রিয়াশীল গ্যাসের দূষণ হ্রাস করে এবং প্রক্রিয়ার ফলন উন্নত করে। এগুলি নিম্ন-থেকে-মধ্য-শেষের খোঁচা এবং জমা প্রক্রিয়াগুলির জন্য উপযুক্ত তবে রক্তরস জারা প্রতিরোধের দুর্বল এবং পর্যায়ক্রমিক প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন।
সিরামিক ম্যাট্রিক্স উপকরণ যেমন অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড, সিলিকন কার্বাইড এবং অ্যালুমিনা, সেইসাথে ইট্রিয়া এবং ডায়মন্ড-লাইক কার্বন (DLC) এর মতো কার্যকরী আবরণ। এইগুলি উচ্চ-তাপমাত্রা প্রতিরোধের, জারা প্রতিরোধের, উচ্চ বিশুদ্ধতা এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতার মতো সুবিধা প্রদান করে। এগুলি প্রাথমিকভাবে 7nm এবং নীচের উচ্চ-প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহৃত হয়, শাওয়ারহেড উপকরণগুলির বিবর্তনের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক নির্দেশ করে।
01 অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (AlN)
প্রথাগত অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয়গুলির তুলনায়, AlN সিরামিকের 170 W/(m·K) পর্যন্ত তাপ পরিবাহিতা এবং 1000 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। এটি শাওয়ারহেড অপারেশনের সময় উত্পন্ন তাপ দ্রুত নষ্ট করতে পারে, স্থানীয়ভাবে অতিরিক্ত গরম হওয়ার কারণে কাঠামোগত বিকৃতি এড়াতে পারে এবং এইভাবে গ্যাস বিতরণের অভিন্নতা নিশ্চিত করে। উপরন্তু, এটিতে কোন ধাতব অশুদ্ধি বৃষ্টিপাত নেই, কার্যকরভাবে ওয়েফার দূষণ প্রতিরোধ করে, সাব-7nm প্রক্রিয়াগুলির কঠোর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।
02 CVD-SiC
CVD‑SiC শাওয়ারহেডগুলির সবচেয়ে বিশিষ্ট বৈশিষ্ট্য হল তাদের ফ্লোরিন/ক্লোরিন প্লাজমা ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা, যার পরিষেবা জীবন সিলিকন শাওয়ারহেডের তুলনায় 2-4 গুণ বেশি। তারা অত্যন্ত ক্ষয়কারী প্লাজমা এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি প্লাজমা বোমাবাজি সহ চরম পরিবেশ সহ্য করতে পারে, শুকনো এচিং সরঞ্জামের আপটাইম উন্নত করে এবং প্রতিস্থাপনের ফ্রিকোয়েন্সি এবং ডাউনটাইম রক্ষণাবেক্ষণ খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। এগুলি প্রতিক্রিয়া চেম্বারে উপরের ইলেক্ট্রোড প্লেট হিসাবে এবং ওয়েফারের চারপাশে প্রান্ত ফোকাসিং রিং হিসাবে ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত। যাইহোক, CVD-SiC শাওয়ারহেডগুলি তৈরি করা কঠিন এবং বর্তমানে আমদানির উপর নির্ভর করে দেশীয়ভাবে (চীনে) ব্যাপকভাবে উৎপাদন করা যায় না।
03 Yttria (Y₂O₃) আবরণ
Yttria আবরণগুলি উচ্চ-শক্তি আয়ন এবং হ্যালোজেন প্লাজমাগুলির অধীনে ব্যতিক্রমী রাসায়নিক স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে, কার্যকরভাবে ক্ষয়কারী গ্যাস এবং প্লাজমাকে শাওয়ারহেড সাবস্ট্রেটকে আক্রমণ করা থেকে প্রতিরোধ করে। এগুলি হল হাই-এন্ড এচিং চেম্বারগুলির জন্য একটি মূল প্রতিরক্ষামূলক উপাদান, যুক্তিবিদ্যা এবং মেমরি চিপ 7nm এর নীচে উত্পাদনের জন্য উপযুক্ত, উল্লেখযোগ্যভাবে উপাদানের আয়ু বৃদ্ধি করে৷ বর্তমানে, yttria আবরণ সাধারণত উন্নত কৌশল যেমন ম্যাগনেট্রন স্পটারিং এবং ALD ব্যবহার করে প্রয়োগ করা হয়।
04 ডায়মন্ড-লাইক কার্বন (DLC) আবরণ
DLC হল একটি নিরাকার কার্বন ফিল্ম যাতে উভয় sp³ (হীরার গঠন) এবং sp² (গ্রাফাইট গঠন) হাইব্রিড বন্ড থাকে। এটি উচ্চ কঠোরতা, স্ব-তৈলাক্তকরণ এবং চমৎকার রাসায়নিক জড়তা বৈশিষ্ট্যযুক্ত। এটি গ্যাস প্রবাহ প্রতিরোধের উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করতে পারে এবং শাওয়ারহেডের মাইক্রো-হোলের ভিতরের দেয়ালে পরিধান কমিয়ে দিতে পারে। উল্লেখযোগ্যভাবে, এর নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি বৈশিষ্ট্যগুলিও প্রতিক্রিয়া উপজাতগুলির আনুগত্য হ্রাস করে। চিপ ইন্টিগ্রেশন বাড়তে থাকায়, শাওয়ারহেডের পরিচ্ছন্নতা এবং পরিধান প্রতিরোধের চাহিদা বাড়ছে, এবং DLC আবরণগুলির প্রয়োগের অনুপাত ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পাবে বলে আশা করা হচ্ছে।