সেমিকন্ডাক্টর প্রক্রিয়া প্রবাহ

আপনি পদার্থবিদ্যা বা গণিত কখনো না পড়লেও এটি বুঝতে পারবেন, তবে এটি একটু বেশিই সহজ এবং নতুনদের জন্য উপযুক্ত। আপনি যদি CMOS সম্পর্কে আরও জানতে চান, তবে আপনাকে এই সংখ্যার বিষয়বস্তু পড়তে হবে, কারণ শুধুমাত্র প্রসেস ফ্লো (অর্থাৎ, ডায়োডের উৎপাদন প্রক্রিয়া) বোঝার পরেই আপনি পরবর্তী বিষয়বস্তু বুঝতে পারবেন। তাহলে চলুন এই সংখ্যায় জেনে নেওয়া যাক, ফাউন্ড্রি কোম্পানিতে এই CMOS কীভাবে উৎপাদিত হয় (উন্নত নয় এমন প্রক্রিয়াকে উদাহরণ হিসেবে নেওয়া হয়েছে, কারণ উন্নত প্রক্রিয়ার CMOS গঠন এবং উৎপাদন নীতির দিক থেকে ভিন্ন)।

প্রথমত, আপনাকে জানতে হবে যে ফাউন্ড্রি সরবরাহকারীর কাছ থেকে যে ওয়েফারগুলো পায় (সিলিকন ওয়েফারসরবরাহকারী) এক এক করে, ২০০ মিমি ব্যাসার্ধ সহ (৮-ইঞ্চিকারখানা) অথবা ৩০০ মিমি (১২ ইঞ্চিকারখানা)। নিচের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, এটি আসলে একটি বড় কেকের মতো, যাকে আমরা সাবস্ট্রেট বলি।

তবে, আমাদের পক্ষে এভাবে দেখা সুবিধাজনক নয়। আমরা নিচ থেকে উপরের দিকে তাকাই এবং এর প্রস্থচ্ছেদীয় দৃশ্যটি দেখি, যা নিম্নোক্ত চিত্রটিতে পরিণত হয়।

এরপর, চলুন দেখি CMOS মডেলটি দেখতে কেমন হয়। যেহেতু প্রকৃত প্রক্রিয়ায় হাজার হাজার ধাপ রয়েছে, তাই আমি এখানে সবচেয়ে সরল ৮-ইঞ্চি ওয়েফারের প্রধান ধাপগুলো নিয়ে আলোচনা করব।

 

 

কূপ এবং ইনভার্সন লেয়ার তৈরি করা:

অর্থাৎ, আয়ন ইমপ্লান্টেশন (আয়ন ইমপ্লান্টেশন, যা পরবর্তীতে সংক্ষেপে imp নামে পরিচিত) প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সাবস্ট্রেটের মধ্যে ওয়েলটি স্থাপন করা হয়। যদি আপনি NMOS তৈরি করতে চান, তাহলে আপনাকে P-টাইপ ওয়েল ইমপ্লান্ট করতে হবে। যদি আপনি PMOS তৈরি করতে চান, তাহলে আপনাকে N-টাইপ ওয়েল ইমপ্লান্ট করতে হবে। আপনাদের সুবিধার জন্য, আসুন NMOS-কে উদাহরণ হিসেবে নিই। আয়ন ইমপ্লান্টেশন মেশিনটি ইমপ্লান্ট করার জন্য P-টাইপ উপাদানগুলোকে একটি নির্দিষ্ট গভীরতা পর্যন্ত সাবস্ট্রেটের মধ্যে স্থাপন করে, এবং তারপর এই আয়নগুলোকে সক্রিয় করতে ও চারপাশে ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য ফার্নেস টিউবের মধ্যে উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করে। এর মাধ্যমেই ওয়েলটির উৎপাদন সম্পন্ন হয়। উৎপাদন সম্পন্ন হওয়ার পর এটি দেখতে এইরকম হয়।

ওয়েল তৈরি করার পর আরও কিছু আয়ন ইমপ্লান্টেশন ধাপ রয়েছে, যার উদ্দেশ্য হলো চ্যানেল কারেন্ট এবং থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজের পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করা। একে ইনভার্সন লেয়ার বলা যেতে পারে। যদি NMOS তৈরি করতে চাওয়া হয়, তবে ইনভার্সন লেয়ারে P-টাইপ আয়ন ইমপ্লান্ট করা হয়, এবং যদি PMOS তৈরি করতে চাওয়া হয়, তবে ইনভার্সন লেয়ারে N-টাইপ আয়ন ইমপ্লান্ট করা হয়। ইমপ্লান্টেশনের পর এর মডেলটি নিম্নরূপ হয়।

এখানে এমন অনেক বিষয়বস্তু রয়েছে, যেমন আয়ন ইমপ্লান্টেশনের সময়কার শক্তি, কোণ, আয়নের ঘনত্ব ইত্যাদি, যা এই সংখ্যায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়নি। আমার বিশ্বাস, যদি আপনি সেই বিষয়গুলো জানেন, তবে আপনি নিশ্চয়ই একজন ভেতরের লোক এবং সেগুলো শেখার উপায়ও আপনার কাছে অবশ্যই আছে।

 

SiO2 তৈরি করা:

সিলিকন ডাইঅক্সাইড (SiO2, যা পরবর্তীতে অক্সাইড হিসাবে উল্লেখ করা হবে) সম্পর্কে পরে আলোচনা করা হবে। CMOS উৎপাদন প্রক্রিয়ায় অক্সাইড তৈরির অনেক উপায় রয়েছে। এক্ষেত্রে, SiO2 গেটের নিচে ব্যবহৃত হয় এবং এর পুরুত্ব সরাসরি থ্রেশহোল্ড ভোল্টেজ ও চ্যানেল কারেন্টের পরিমাণকে প্রভাবিত করে। তাই, বেশিরভাগ ফাউন্ড্রি এই ধাপে সর্বোচ্চ গুণমান, সবচেয়ে নির্ভুল পুরুত্ব নিয়ন্ত্রণ এবং সর্বোত্তম সমরূপতা সম্পন্ন ফার্নেস টিউব অক্সিডেশন পদ্ধতিটি বেছে নেয়। প্রকৃতপক্ষে, এটি খুবই সহজ, অর্থাৎ, অক্সিজেনযুক্ত একটি ফার্নেস টিউবে উচ্চ তাপমাত্রা ব্যবহার করে অক্সিজেন এবং সিলিকনকে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করিয়ে SiO2 তৈরি করা হয়। এইভাবে, Si-এর পৃষ্ঠে SiO2-এর একটি পাতলা স্তর তৈরি হয়, যা নিচের চিত্রে দেখানো হয়েছে।

অবশ্যই, এখানে আরও অনেক সুনির্দিষ্ট তথ্য রয়েছে, যেমন কত ডিগ্রি তাপমাত্রা প্রয়োজন, কী পরিমাণ অক্সিজেনের ঘনত্ব প্রয়োজন, কতক্ষণ ধরে উচ্চ তাপমাত্রা বজায় রাখতে হবে, ইত্যাদি। আমরা এখন এগুলো বিবেচনা করছি না, কারণ সেগুলো বড্ড বেশি সুনির্দিষ্ট।

গেট প্রান্তের পলি গঠন:

কিন্তু এখনও শেষ হয়নি। SiO2 কেবল একটি সুতার সমতুল্য, এবং আসল গেট (পলি) এখনও শুরু হয়নি। তাই আমাদের পরবর্তী পদক্ষেপ হলো SiO2-এর উপর পলিসিলিকনের একটি স্তর স্থাপন করা (পলিসিলিকনও একটি একক সিলিকন উপাদান দ্বারা গঠিত, কিন্তু এর ল্যাটিস বিন্যাস ভিন্ন। আমাকে জিজ্ঞাসা করবেন না কেন সাবস্ট্রেটে একক ক্রিস্টাল সিলিকন এবং গেটে পলিসিলিকন ব্যবহৃত হয়। সেমিকন্ডাক্টর ফিজিক্স নামে একটি বই আছে। আপনি এ সম্পর্কে জানতে পারেন। এটা লজ্জার বিষয়~)। CMOS-এ পলিও একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সংযোগ, কিন্তু পলির উপাদান হলো Si, এবং SiO2 তৈরির মতো Si সাবস্ট্রেটের সাথে সরাসরি বিক্রিয়ার মাধ্যমে এটি তৈরি করা যায় না। এর জন্য প্রয়োজন কিংবদন্তী CVD (কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন), যা হলো একটি ভ্যাকুয়ামে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া ঘটিয়ে উৎপন্ন বস্তুটি ওয়েফারের উপর অধঃক্ষেপিত করা। এই উদাহরণে, উৎপন্ন পদার্থটি হলো পলিসিলিকন, এবং তারপর ওয়েফারের উপর অধঃক্ষেপিত করা হয় (এখানে উল্লেখ্য যে, পলি একটি ফার্নেস টিউবে CVD পদ্ধতিতে তৈরি করা হয়, তাই পলির উৎপাদন কোনো বিশুদ্ধ CVD মেশিন দ্বারা করা হয় না)।

কিন্তু এই পদ্ধতিতে গঠিত পলিসিলিকন পুরো ওয়েফার জুড়ে অধঃক্ষিপ্ত হবে, এবং অধঃক্ষেপণের পর এটি দেখতে এইরকম হয়।

 

পলি এবং SiO2 এর সংস্পর্শ:

এই ধাপে, আমরা যে উল্লম্ব কাঠামোটি চাই তা আসলে তৈরি হয়ে গেছে, যার উপরে পলি, নীচে SiO2 এবং একেবারে নীচে সাবস্ট্রেট রয়েছে। কিন্তু এখন পুরো ওয়েফারটি এইরকম, এবং আমাদের কেবল একটি নির্দিষ্ট অবস্থানকে "কলের" কাঠামো হিসেবে তৈরি করতে হবে। সুতরাং, এটিই পুরো প্রক্রিয়ার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ধাপ - এক্সপোজার।
আমরা প্রথমে ওয়েফারের পৃষ্ঠে ফটোরেজিস্টের একটি স্তর লাগাই, এবং এটি দেখতে এইরকম হয়।

তারপর এর উপর নির্ধারিত মাস্কটি (মাস্কটির উপর সার্কিট প্যাটার্নটি নির্ধারণ করা আছে) রাখুন এবং সবশেষে একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো দিয়ে একে আলোকিত করুন। আলোকিত অংশে ফটোরেজিস্টটি সক্রিয় হয়ে উঠবে। যেহেতু মাস্ক দ্বারা অবরুদ্ধ অংশটি আলোর উৎস দ্বারা আলোকিত হয় না, তাই ফটোরেজিস্টের এই অংশটি সক্রিয় হয় না।

যেহেতু সক্রিয় ফটোরেজিস্ট একটি নির্দিষ্ট রাসায়নিক তরল দ্বারা খুব সহজে ধুয়ে ফেলা যায়, অপরদিকে নিষ্ক্রিয় ফটোরেজিস্ট ধুয়ে ফেলা যায় না, তাই বিকিরণের পর একটি নির্দিষ্ট তরল ব্যবহার করে সক্রিয় ফটোরেজিস্টটি ধুয়ে ফেলা হয়। এর ফলে অবশেষে এমন একটি অবস্থা তৈরি হয়, যেখানে পলি (Poly) এবং সিলিকন ডাইঅক্সাইড (SiO2) ধরে রাখার প্রয়োজন সেখানে ফটোরেজিস্টটি থেকে যায় এবং যেখানে ধরে রাখার প্রয়োজন নেই সেখান থেকে ফটোরেজিস্টটি অপসারিত হয়।