পাঠ 13.4মাইক্রো ও ন্যানোঅধ্যায় 13 · মাইক্রো ও ন্যানোফ্যাব্রিকেশন

অ্যাটমিক লেয়ার ডিপোজিশন (ALD)

পর্যায়ক্রমিক গ্যাসে প্রতি চক্রে এক পরমাণু-স্তর করে পৃষ্ঠে আস্তরণ দেয়

অ্যাটমিক লেয়ার ডিপোজিশন (ALD) একটি গরম পৃষ্ঠের ওপর দুটি গ্যাসকে পালা করে পাঠিয়ে একবারে এক স্তর পরমাণু করে ফিল্ম গড়ে তোলে। প্রতিটি গ্যাস কেবল আগেরটির রেখে যাওয়া অংশের সঙ্গেই বিক্রিয়া করতে পারে, তাই প্রতি পালায় ঠিক একটি পাতলা স্তর যোগ হয়, পৌঁছানো যায় এমন প্রতিটি পৃষ্ঠে। আধুনিক চিপের ভেতরের অতি পাতলা অন্তরক স্তর এবং মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার পুরু সুরক্ষা আস্তরণ এভাবেই তৈরি হয়।

ছবি: CINT, Los Alamos, Public domain, সূত্র: Wikimedia Commons

চারটি অংশে একটি ALD চক্র, সঙ্গে একটি ট্রেঞ্চে সমান আস্তরণপ্রতিটি অংশ পৃষ্ঠের একটি ক্ষুদ্র টুকরো দেখায়; বৃত্তাকার সংখ্যাগুলো নিচের ধাপের সঙ্গে মেলে। নিচের চিত্রটি দেখায় ALD কেন গুরুত্বপূর্ণ: একটি গভীর ট্রেঞ্চের ভেতরেও সমান ফিল্ম।

যেভাবে কাজ করে

গ্যাস A-র পালস দিন। ওয়েফার বা অংশটি একটি ছোট চেম্বারে থাকে, কম চাপে সাধারণত 150–350 °C-এ গরম করা। প্রথম প্রিকার্সরের (যে বিক্রিয়াশীল গ্যাস জমাতে হবে এমন মৌলটি বহন করে) একটি ছোট ঝলক, এখানে ট্রাইমিথাইলঅ্যালুমিনিয়াম (TMA), পৃষ্ঠের প্রতিটি ফাঁকা জায়গায় বন্ধন তৈরি করে। সব জায়গা ভরে গেলে বিক্রিয়া থেমে যায়: এটি স্ব-সীমিত বিক্রিয়া।
পার্জ। নাইট্রোজেন বা আর্গন অবশিষ্ট গ্যাস ঝেঁটিয়ে বের করে দেয়, ফলে দুই প্রিকার্সর কখনো খোলা জায়গায় মিলিত হয় না।
গ্যাস B-র পালস দিন। দ্বিতীয় প্রিকার্সরের একটি ঝলক, এখানে জলীয় বাষ্প, গ্যাস A-র রেখে যাওয়া স্তরের সঙ্গে বিক্রিয়া করে তাকে অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডে পরিণত করে। স্তর সম্পূর্ণ হলে এটিও নিজে থেকেই থেমে যায়।
আবার পার্জ করুন। উপজাত পদার্থ ও অবশিষ্ট পানি ঝেঁটিয়ে বের করা হয়। একটি চক্র শেষ, আর ফিল্ম প্রায় 0.1 nm পুরু হলো: প্রতি চক্রে মোটামুটি এক ন্যানোমিটারের দশ ভাগের এক ভাগ।
পুনরাবৃত্তি করুন। চক্রটি শত শত বার চলে; চক্র গুনেই আপনি পুরুত্ব ঠিক করেন। 10 nm ফিল্মের জন্য মোটামুটি 100 চক্র লাগে, সাধারণত কয়েক মিনিট থেকে এক ঘণ্টায়।

মূল তথ্য

যে উপাদান জমানো হয়: অক্সাইড (অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড, হ্যাফনিয়াম অক্সাইড, টাইটানিয়াম অক্সাইড), নাইট্রাইড (টাইটানিয়াম নাইট্রাইড), কিছু ধাতু; সিলিকন, কাচ, ধাতু, পলিমার ও পাউডারের ওপর
সাধারণ অংশ: চিপের গেট ইনসুলেটর ও ক্যাপাসিটর স্তর, আর্দ্রতা-প্রতিরোধী স্তর, আস্তরণ দেওয়া পাউডার ও ক্যাটালিস্ট
অংশের আকার: ন্যানোকণা থেকে 300 mm ওয়েফার এবং ওয়েফার বা অংশের ব্যাচ পর্যন্ত
নির্ভুলতা: চক্র গুনে পুরুত্ব ন্যানোমিটারের ভগ্নাংশ পর্যন্ত ঠিক করা যায়; প্রস্থের চেয়ে বহুগুণ গভীর ছিদ্রের ভেতরেও সমান
পৃষ্ঠের মান: নিচের পৃষ্ঠকে হুবহু অনুসরণ করে, অমসৃণতা না বাড়িয়ে
কোন ব্যাচ আকারে মানানসই: একক ওয়েফার থেকে বড় ব্যাচ পর্যন্ত; উচ্চ-পরিমাণ চিপ উৎপাদন
টুলিং ও মেশিনের খরচ: অংশ-নির্দিষ্ট টুলিং লাগে না; ল্যাব রিঅ্যাক্টর মোটামুটি 100,000 ডলার থেকে, উৎপাদন যন্ত্র কোটি ডলারের ঘরে
গতি: ধীর: সাধারণত প্রতি চক্রে প্রায় 0.1 nm এবং চক্র প্রতি কয়েক সেকেন্ড, তাই বেশিরভাগ ফিল্ম প্রায় 100 nm-এর নিচে থাকে

শক্তি ও সীমাবদ্ধতা

শক্তির দিক

পুরুত্ব ন্যানোমিটারের ভগ্নাংশ পর্যন্ত নিয়ন্ত্রিত
নিখুঁতভাবে সমান ফিল্ম, এমনকি গভীর, সরু ছিদ্রেও
মোটামুটি কম তাপমাত্রায় ঘন, পিনহোল-মুক্ত ফিল্ম
জটিল 3D আকার ও পাউডারে আস্তরণ দেয়

সীমাবদ্ধতা

অত্যন্ত ধীর: পুরু ফিল্ম বাস্তবসম্মত নয়
প্রিকার্সর গ্যাস বিষাক্ত, দাহ্য বা দামি হতে পারে
কেবল কিছু উপাদানের জন্যই উপযুক্ত জোড়া গ্যাস আছে
ফিল্ম প্রিকার্সর থেকে অপদ্রব্য আটকে রাখতে পারে

কোথায় ব্যবহৃত হয়

মাইক্রোইলেকট্রনিক্সপ্রসেসরের হ্যাফনিয়াম-অক্সাইড গেট ইনসুলেটর, মেমরি চিপের ক্যাপাসিটর স্তর
ডিসপ্লে ও নমনীয় ইলেকট্রনিক্সOLED স্ক্রিনে আর্দ্রতা ঢুকতে না দেওয়া পাতলা বাধা
জ্বালানি ও বিদ্যুৎব্যাটারি উপাদানের সুরক্ষা আস্তরণ, কিছু উচ্চ-দক্ষতার সোলার সেলের স্তর
MEMS ও সেন্সরক্ষুদ্র চলমান অংশের ওপর অন্তরক ও সুরক্ষা আস্তরণ
চিকিৎসা ও অপটিকসজৈব-সামঞ্জস্যপূর্ণ আস্তরণ, প্রতিফলন-রোধী স্তর

কীভাবে চিনবেন

এটি দেখা যায় না। ALD ফিল্ম সাধারণত কয়েক থেকে কয়েক দশ ন্যানোমিটার পুরু, চুলের চেয়ে হাজার গুণ পাতলা। এগুলো আপনার ফোন ও কম্পিউটারের চিপের ভেতরে এবং কিছু OLED স্ক্রিনের আর্দ্রতা-বাধায় লুকিয়ে থাকে।
রং নেই, গড়ন নেই। এত পাতলা ফিল্ম সাধারণত কোনো দৃশ্যমান চিহ্ন রাখে না; বড়জোর পুরু ফিল্ম সাবানের বুদবুদের মতো পৃষ্ঠের রং সামান্য বদলে দিতে পারে।
শুধু মাইক্রোস্কোপই বলতে পারে। ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপের প্রস্থচ্ছেদে ALD ফিল্ম নিখুঁত সমান পুরুত্বের একটি ফিতার মতো দেখায়, যা প্রতিটি কোণ ও ট্রেঞ্চ অনুসরণ করে।

তুলনা করুন

CVD কোটিং11.9দুটি গ্যাস একসঙ্গে দেয়, তাই ফিল্ম অনেক দ্রুত বাড়ে কিন্তু গভীর ছিদ্রে কম সমান হয়।আণবিক রশ্মি এপিটাক্সি13.3এটিও একবারে এক পরমাণু-স্তর করে কাজ করে, কিন্তু অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়ামে রশ্মি দিয়ে এবং কেলাস চালিয়ে নিতে; এটি কেবল রশ্মির মুখোমুখি পৃষ্ঠে আস্তরণ দেয়।PVD কোটিং11.8উপাদান সরল রেখায় ছিটায়, তাই আড়ালের দেয়ালে খুব কম বা একেবারেই আস্তরণ পড়ে না।

দেখুন

HYCOAT ITN · ALD চক্রের একটি পরিষ্কার, শিক্ষানবিশদের উপযোগী ব্যাখ্যা

Asianometry · ALD-এর ইতিহাস এবং কেন চিপ নির্মাতারা এর ওপর নির্ভরশীল

Applied Science · ঘরে বানানো একটি ALD রিঅ্যাক্টর এবং একটি আসল আস্তরণের ফল

Inrfucirvine · একটি আসল ক্লিনরুম ALD যন্ত্রে লোড করা ও চালানো

আসল ছবি দেখুন

উইকিপিডিয়া: Atomic layer deposition — পালস–পার্জ চক্র এবং স্পেশিয়াল ALD-এর স্কিম্যাটিক
Wikimedia Commons-এ ছবি খোঁজা

মনে রাখুন

দুটি গ্যাস পালা করে আসে; পৃষ্ঠ ঢেকে গেলে প্রতিটি পালা নিজে থেকেই থেমে যায়।
একটি চক্র প্রায় এক ন্যানোমিটারের দশ ভাগের এক ভাগ যোগ করে, তাই চক্র গুনেই পুরুত্ব ঠিক হয়।
ফিল্ম সবখানে সমান পুরু, এমনকি ক্ষুদ্র ছিদ্রের গভীরেও।