படிய வைத்தல் -3. சி.வி.டி. (Deposition-3. CVD)

பி.வி.டி. முறையில் , பக்கச்சுவரில் படிய வைப்பது சுலபமில்லை. அதிலும் ஆழம் அதிகமாக இருந்தால், மிகவும் கடினம். Aspect ratio என்ற உயர-அகல விகிதம் அதிகமானால், பி.வி.டி. முறையில் படிய வைப்பது இயலாது. ஆனால் வேதிசேர்க்கை முறையைக் உபயோகப்படுத்தினால், நல்ல பக்கச்சுவர் கவரேஜ் (side wall coverage) இருக்கும்.

இந்தக் கருவியின் வரைபடம் கீழே இருக்கிறது. இதன் அளவு சுமார் 6 அடி நீளமும், 3 அடி. விட்டமும் இருக்கும். இதில் ஒரே சமயத்தில் 25 வேஃபர்களை பயன்படுத்தலாம். இவை இருக்கும் இடம் chamber (சேம்பர் அல்லது அறை) எனப்படும். இதில் காற்றை வெளியே இழுக்கவும், தேவையான வாயுக்களை உள்ளே செலுத்தவும் குழாய் மற்றும் வால்வு இணைப்புகள் இருக்கும். படிய வைக்க வேண்டிய பொருள் (உதாரணமாக டங்க்ஸ்டன்) வாயுக் கலவையிலேயே இருக்கும். தவிர வேஃபர்களை தேவைப்பட்டால் சூடாக்க, தனி வசதியும் இருக்கும்.

வேலை செய்யும் முறை: இங்கும் முதலில் அறை முழுதும் காற்று வெளியேற்றப்பட்டு வெற்றிடமாக்கப்படும். பின்னர் வேஃபர் தேவையான வெப்ப நிலைக்கு சூடாக்கப்படும். அதன்பின் வாயுக்கள் அறைக்குள் செலுத்தப்படும். அவை ரசாயன சேர்க்கையில் ஈடுபட்டு, வேஃபரின்மீது மட்டும் சரியான பொருளைப் படிய வைக்கும்.

உதாரணமாக, நாம் வேஃபரின் மேல் டங்க்ஸ்டனைப் படிய வைக்க வேண்டும் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இதற்கு, டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு (WF₆) என்ற வாயுவையும், ஹைட்ரஜன் (H₂) வாயுவையும் கலந்து, கொஞ்சம் நைட்ரஜன் வாயுவையும் சேர்த்து, குறைந்த அழுத்தத்தில், ஒரளவு வெப்ப நிலையில் ( 150^o C லிருந்து 300^o C வரை) இருக்கும் வேபர் மேல் செலுத்தப்படும். இந்த சி.வி.டி. முறையில், அதிக வெப்ப நிலை என்பது 800 அல்லது 1000 C ஆகும். குறைந்த வெப்ப நிலை என்றால் 400 C க்கு கீழே என்று அர்த்தம். மிகக் குறைந்த வெப்ப நிலை என்பது சாதாரண வெப்ப நிலையான 25 அல்லது 30 C ஐக் குறிக்கும்.

பெரும்பாலும், இந்த சி.வி.டி. கருவியில், வேஃபரைத்தவிர சேம்பர் (அறை) சுவர்களும், மற்ற எல்லா இடங்களும், சாதாரண வெப்ப நிலையில் இருக்கும். வேஃபர் மட்டும் ஒரு ஹீட்டர் (heater) மூலம் சூடு செய்யப்படும். டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு வாயுவும், ஹைட்ரஜன் வாயுவும் அதிக வெப்ப நிலையில் மட்டும் வேதி சேர்க்கையில் ஈடுபட்டு டங்க்ஸ்டனைக் கொடுக்கும். இதனால் இந்த வேதி சேர்க்கை வேஃபரில் மட்டுமே நடக்கும். சேம்பரின் (அறையின்) சுவர்களிலோ வேறு இடங்களிலோ நடக்காது. அதனால் பொருள் விரயம் இல்லை.

இவ்வாறு குறைந்த அழுத்ததில் நடக்கும் சி.வி.டி.க்கு குறைவழுத்த சி.வி.டி. அல்லது Low Pressure CVD/ LPCVD என்ற ”எல்.பி.- சி.வி.டி.: என்று பெயர். இந்த முறையில், டங்க்ஸ்டன், டைடானியம், டைடானியம் நைட்ரைடு, தாமிரம், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு, சிலிக்கன் நைட்ரைடு, சிலிக்கன் என்று பல பொருள்களைப் படிய வைக்கலாம். பெரும்பாலும் பக்கச்சுவர் கவரேஜ், (side wall coverage) பி.வி.டி. முறையை விட நன்றாக இருக்கும்.

சி.வி.டி. முறையிலும் சில குறைபாடுகள் இருக்கின்றன. இதில் பயன்படுத்தப்படும் பல வாயுக்கள், மிகவும் அபாயகரமானவை, மற்றும் விஷத்தன்மை கொண்டவை. சில வாயுக்கள் மிகவும் அரிக்கும் தன்மையும் கொண்டிருக்கும். அதனால், பாதுகாப்புக்கே அதிக செலவாகும். அதைத் தவிர இந்த வாயுக்களின் விலையும் அதிகம்.
வெப்ப நிலை மற்றும் வாயு அழுத்தத்தை (temperature and pressure) சரியாக கட்டுப்படுத்தவில்லை என்றால், டங்க்ஸ்டன் (அல்லது சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு என்று எந்தப் பொருளாக இருந்தாலும்), வேஃபரின் மேல் படியாமல், காற்றிலேயே ரசாயன சேர்க்கை ஏற்பட்டு, டங்ஸ்டன் காற்றிலேயே உருவாகி, தூசி போல வேஃபர் மேல் விழும். இது வேஃபரில் சரியாக ஒட்டாது. இதனால், படலத்தின் தரம் (film quality) குறைந்து விடும்.
சில சமயங்களில், வேஃபரின் வெப்ப நிலையை 150 அல்லது 200 Cக்கு உயர்த்தினால் கூட, சில வேண்டாத மாற்றங்கள் / பக்க விளைவுகள் (side effects) ஏற்படலாம். இதை ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் காண்போம்.

ஒரு டிரான்ஸிஸ்டர் கீழே உள்ள அமைப்பில் இருக்கிறது. இதன் மேல் கண்ணாடி (அல்லது) சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை படிய வைத்து, பின்னர் மின்சார இணைப்புக்காக துளை போட்டுவிட்ட நிலையில் இந்த வரைபடம் கொடுக்கபட்டிருக்கின்றது.




இங்கு, சிலிக்கனில், பாஸ்பரஸை (P) சேர்த்தால் ‘N’ டைப் என்பதை நினைவு படுத்திக்கொள்வோம். இப்போது, வேஃபரை சி.வி.டி. சேம்பரில் வைத்து வாயுக்களை சேர்த்து சூடுபடுத்தினால், டங்க்ஸ்டன் படியும். ஆனால், அதே சமயத்தில் ஏற்கனவே சிலிக்கனில் இருக்கும் பாஸ்பரஸ் பரவத் (diffusion) தொடங்கும். கொஞ்ச நேரத்தில், இரண்டு ‘N’ டைப் பகுதிகளும் சேர்ந்து விடும். அப்போது டிரான்ஸிஸ்டர் எப்போதும் ‘ஆன்’ ஆகவே இருக்கும். அதனால் இந்த டிரான்ஸிஸ்டரும், ஐ.சி.யும் சரியாக வேலை செய்யாது. இது ஒரு பாதகமான பக்க விளைவு.

இந்தப் பிரச்சனை வரக்கூடாது என்றால், வேஃபரை சூடு படுத்தக் கூடாது. பிறகு, டங்க்ஸ்டனை எப்படி படிய வைப்பது? இதற்கு தீர்வு காண பிளாஸ்மா (plasma) உதவுகிறது.
வாயு நிலையில் உள்ள டங்க்ஸ்டன் ஹெக்சா ப்ளூரைடு மற்றும் ஹைட்ரஜனை, நிறைய வோல்டேஜ் கொண்ட மின்புலத்தில் (electric field) வைத்தால், பி.வி.டி.யில் இருப்பது போலவே, பிளாஸ்மா உருவாகும். அப்போது பல வினைகள் குறைந்த வெப்ப நிலையிலேயே ஏற்படும். இவ்வாறு பிளாஸ்மா துணைகொண்டு ஆவி நிலையில் ரசாயன சேர்க்கை படிய வைத்தலுக்கு Plasma Enhanced CVD அல்லது PE-CVD அல்லது “பி.இ.-சி.வி.டி.” என்று பெயர்.

இந்த முறையில் காந்தப்புலத்தையும் சேர்த்து ப்ளாஸ்மாவின் அடர்த்தி (density) அதிகமாக்கினால், படலத்தின் தரம் அதிகமாகும். இந்த முறைக்கு, high density plasma CVD (HDP CVD) அல்லது “ஹை டென்சிடி பிளாஸ்மா சி.வி.டி.” அல்லது ”ஹெச்.டி.பி.-சி.வி.டி” என்று பெயர்.

டங்க்ஸ்டன் மட்டும் இல்லாமல், சிலிக்கன், சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு போன்ற பொருள்களையும் சி.வி.டி. முறையில் படிய வைக்க முடியும் என்று பார்த்தோம். உதாரணமாக சிலிக்கன் டை ஆக்சைடை படிய வைக்க Tetra Ethyl Oxy Silane டெட்ரா-எதில்-ஆக்சி-சிலேன் (TEOS/ டியாஸ்) என்ற பொருளை அதிக வெப்ப நிலைக்கு சூடுபடுத்தினாலோ அல்லது குறைந்த வெப்ப நிலையிலேயே பிளாஸ்மாவில் வைத்தாலோ சிலிக்கன் டை ஆக்சைடு படியும். அது போல, சிலேன் (silane, SiH₄) என்ற வாயுவும், அம்மோனியா என்ற வாயுவும் சேர்ந்து சிலிக்கன் நைட்ரைடு என்ற பொருள் உருவாகும். இம்மாதிரி படியும் பொருள்களை பேச்சு வழக்கில், தயாரிக்கும் முறையைப்பொறுத்து எல்.பி. நைட்ரைடு என்றும், பி.ஈ. நைட்ரைடு என்றும், ஹெச்.டி.பி. நைட்ரைடு என்றும் சொல்லப்படும்.

இவற்றைத் தவிர, ஏறக்குறைய சாதாரண காற்றழுத்தத்திலும் 600 - 800 C வெப்ப நிலையிலும் படிய வைக்கும் சி.வி.டி. முறை உள்ளது. இதற்கு, atmospheric pressure CVD அல்லது APCVD அல்லது ஏ.பி.-சி.வி.டி. என்று பெயர். இதில் குறைந்த நேரத்தில் நிறைய பொருளை (அதாவது அதிக தடிமனுக்கு) படிய வைக்கலாம். ஆனால் அதில் பலமுறை துகள்கள் (particles) வந்து, படலத்தின் தரம் குறைந்து விடுவதால், இந்த முறை சில சமயங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப் படுகிறது.

சி.வி.டி. முறையில், பிளாஸ்மா இல்லா விட்டால், வேஃபரின் வெப்ப நிலையை 150 C லிருந்து 1000 C வரை, தேவைக்கு ஏற்ப உயர்த்த வேண்டும் என்பதைப் பார்த்தோம். அதற்கு சில சமயம் சாதாரண ஹீட்டர் பயன்படுத்தப்படும். சில சமயங்களில் அதிகத் திறன் கொண்ட விளக்குகள் (ஹை பவர் லேம்ப் high power lamp) பயன்படுத்தப் படுகின்றன. இதன் மூலம், சூடுபடுத்துவதை விரைவாக தொடங்கவும் நிறுத்தவும் முடிகிறது. அதனால், படிய வைத்தலில், நல்ல கட்டுப்பாடு (control) இருக்கிறது.


கடந்த சில ஆண்டுகளாக, பல விதமான உலோகங்களைப் (metal) படிய வைக்க, உலோகங்களுடன் கரிமப்பொருள் கலந்த மெட்டல்-ஆர்கானிக் (metal organic) வாயுக்களைக் கொண்டு சி.வி.டி. முறை உபயோகிக்கப்படுகிறது. இதற்கு MOCVD-“எம்.ஓ.சி.வி.டி.” என்று பெயர். மிகச் சமீபத்தில், சி.வி.டி.யின் அடிப்படையில், ஒரு அணுவின் தடிமனே இருக்கும் படலங்களும் படியவைக்கப்பட்டுள்ளன! இதற்கு அடாமிக் லேயர் டெபாஸிஷன் ( atomic layer deposition) அல்லது ALD ஏ.எல்.டி. என்று பெயர். இவ்வாறு புதுப்புது கண்டுபிடிப்புகள் ஐ.சி. தயாரிப்பில் முன்னேற்றத்திற்கு வழி வகுக்கின்றன.
சி.வி.டி. முறையிலோ அல்லது பி.வி.டி. முறையிலோ தாமிரத்தை படிய வைத்தால், அதன் மின்தடை கொஞ்சம் அதிகமாக இருக்கிறது. அதனால், எலக்ட்ரோ-கெமிக்கல் என்ற மின்னணு-ரசாயன முறையில் தாமிரம் வேஃபர் மேல் படியவைக்கப்படுகிறது. இந்த முறை பற்றி அடுத்து காண்போம்.