સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા પ્રવાહ

જો તમે ક્યારેય ભૌતિકશાસ્ત્ર કે ગણિતનો અભ્યાસ ન કર્યો હોય તો પણ તમે તેને સમજી શકો છો, પરંતુ તે થોડું સરળ અને નવા નિશાળીયા માટે યોગ્ય છે. જો તમે CMOS વિશે વધુ જાણવા માંગતા હો, તો તમારે આ અંકની સામગ્રી વાંચવી પડશે, કારણ કે પ્રક્રિયા પ્રવાહ (એટલે ​​કે, ડાયોડની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા) ને સમજ્યા પછી જ તમે નીચેની સામગ્રીને સમજવાનું ચાલુ રાખી શકો છો. તો ચાલો આ અંકમાં ફાઉન્ડ્રી કંપનીમાં આ CMOS કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે તે વિશે જાણીએ (નોન-એડવાન્સ્ડ પ્રક્રિયાને ઉદાહરણ તરીકે લઈએ, એડવાન્સ્ડ પ્રક્રિયાનો CMOS રચના અને ઉત્પાદન સિદ્ધાંતમાં અલગ છે).

સૌ પ્રથમ, તમારે જાણવું જોઈએ કે ફાઉન્ડ્રી સપ્લાયર પાસેથી જે વેફર્સ મેળવે છે (સિલિકોન વેફરસપ્લાયર) એક પછી એક છે, જેની ત્રિજ્યા 200 મીમી છે (૮-ઇંચફેક્ટરી) અથવા 300 મીમી (૧૨-ઇંચફેક્ટરી). નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, તે વાસ્તવમાં એક મોટા કેક જેવું જ છે, જેને આપણે સબસ્ટ્રેટ કહીએ છીએ.

જોકે, આ રીતે જોવું આપણા માટે અનુકૂળ નથી. આપણે નીચેથી ઉપર જોઈએ છીએ અને ક્રોસ-સેક્શનલ વ્યૂ જોઈએ છીએ, જે નીચેનો આકૃતિ બને છે.

આગળ, ચાલો જોઈએ કે CMOS મોડેલ કેવી રીતે દેખાય છે. વાસ્તવિક પ્રક્રિયામાં હજારો પગલાંની જરૂર હોવાથી, હું અહીં સૌથી સરળ 8-ઇંચ વેફરના મુખ્ય પગલાં વિશે વાત કરીશ.

 

 

મેકિંગ વેલ અને ઇન્વર્ઝન લેયર:

એટલે કે, કૂવાને સબસ્ટ્રેટમાં આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન (આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન, જેને હવે imp તરીકે ઓળખવામાં આવશે) દ્વારા ઇમ્પ્લાન્ટ કરવામાં આવે છે. જો તમે NMOS બનાવવા માંગતા હો, તો તમારે P-ટાઇપ કુવાઓ ઇમ્પ્લાન્ટ કરવાની જરૂર છે. જો તમે PMOS બનાવવા માંગતા હો, તો તમારે N-ટાઇપ કુવાઓ ઇમ્પ્લાન્ટ કરવાની જરૂર છે. તમારી સુવિધા માટે, ચાલો NMOS ને ઉદાહરણ તરીકે લઈએ. આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન મશીન સબસ્ટ્રેટમાં ઇમ્પ્લાન્ટ કરવા માટેના P-ટાઇપ તત્વોને ચોક્કસ ઊંડાઈ સુધી ઇમ્પ્લાન્ટ કરે છે, અને પછી આ આયનોને સક્રિય કરવા અને તેમને આસપાસ ફેલાવવા માટે ફર્નેસ ટ્યુબમાં ઊંચા તાપમાને ગરમ કરે છે. આ કૂવાનું ઉત્પાદન પૂર્ણ કરે છે. ઉત્પાદન પૂર્ણ થયા પછી તે આ રીતે દેખાય છે.

કૂવો બનાવ્યા પછી, અન્ય આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન પગલાં પણ છે, જેનો હેતુ ચેનલ કરંટ અને થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજના કદને નિયંત્રિત કરવાનો છે. દરેક વ્યક્તિ તેને ઇન્વર્ઝન લેયર કહી શકે છે. જો તમે NMOS બનાવવા માંગતા હો, તો ઇન્વર્ઝન લેયરને P-ટાઇપ આયનો સાથે ઇમ્પ્લાન્ટ કરવામાં આવે છે, અને જો તમે PMOS બનાવવા માંગતા હો, તો ઇન્વર્ઝન લેયરને N-ટાઇપ આયનો સાથે ઇમ્પ્લાન્ટ કરવામાં આવે છે. ઇમ્પ્લાન્ટેશન પછી, તે નીચે મુજબનું મોડેલ છે.

અહીં ઘણી બધી સામગ્રી છે, જેમ કે ઊર્જા, કોણ, આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન દરમિયાન આયન સાંદ્રતા, વગેરે, જે આ અંકમાં સમાવિષ્ટ નથી, અને મારું માનવું છે કે જો તમે તે બાબતો જાણો છો, તો તમારે આંતરિક વ્યક્તિ બનવું જોઈએ, અને તમારી પાસે તે શીખવાની રીત હોવી જોઈએ.

 

SiO2 બનાવવું:

સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2, જેને હવે ઓક્સાઇડ તરીકે ઓળખવામાં આવશે) પછીથી બનાવવામાં આવશે. CMOS ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, ઓક્સાઇડ બનાવવાની ઘણી રીતો છે. અહીં, SiO2 નો ઉપયોગ ગેટની નીચે થાય છે, અને તેની જાડાઈ થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજના કદ અને ચેનલ કરંટના કદને સીધી અસર કરે છે. તેથી, મોટાભાગની ફાઉન્ડ્રીઓ ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા, સૌથી ચોક્કસ જાડાઈ નિયંત્રણ અને આ પગલા પર શ્રેષ્ઠ એકરૂપતા સાથે ફર્નેસ ટ્યુબ ઓક્સિડેશન પદ્ધતિ પસંદ કરે છે. હકીકતમાં, તે ખૂબ જ સરળ છે, એટલે કે, ઓક્સિજનવાળી ફર્નેસ ટ્યુબમાં, ઓક્સિજન અને સિલિકોનને રાસાયણિક રીતે પ્રતિક્રિયા આપીને SiO2 ઉત્પન્ન કરવાની મંજૂરી આપવા માટે ઉચ્ચ તાપમાનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ રીતે, નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, Si ની સપાટી પર SiO2 નું પાતળું પડ ઉત્પન્ન થાય છે.

અલબત્ત, અહીં ઘણી ચોક્કસ માહિતી પણ છે, જેમ કે કેટલી ડિગ્રીની જરૂર છે, ઓક્સિજનની કેટલી સાંદ્રતા જરૂરી છે, ઊંચા તાપમાન કેટલા સમય માટે જરૂરી છે, વગેરે. આ તે નથી જે આપણે હવે વિચારી રહ્યા છીએ, તે ખૂબ ચોક્કસ છે.

ગેટ એન્ડ પોલીનું નિર્માણ:

પણ હજુ વાત પૂરી થઈ નથી. SiO2 ફક્ત એક દોરા સમાન છે, અને વાસ્તવિક ગેટ (પોલી) હજુ શરૂ થયો નથી. તેથી અમારું આગળનું પગલું SiO2 પર પોલિસિલિકોનનો એક સ્તર નાખવાનું છે (પોલીસિલિકોન પણ એક સિલિકોન તત્વથી બનેલું છે, પરંતુ જાળીની ગોઠવણી અલગ છે. મને પૂછશો નહીં કે સબસ્ટ્રેટ સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનનો ઉપયોગ કેમ કરે છે અને ગેટ પોલિસિલિકોનનો ઉપયોગ કેમ કરે છે. સેમિકન્ડક્ટર ફિઝિક્સ નામનું એક પુસ્તક છે. તમે તેના વિશે જાણી શકો છો. તે શરમજનક છે~). પોલી એ CMOS માં પણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ કડી છે, પરંતુ પોલીનો ઘટક Si છે, અને તે Si સબસ્ટ્રેટ સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થઈ શકતો નથી જેમ કે SiO2 વધતી જાય છે. આ માટે સુપ્રસિદ્ધ CVD (રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ) ની જરૂર પડે છે, જે વેક્યૂમમાં રાસાયણિક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને વેફર પર ઉત્પન્ન થયેલ પદાર્થને અવક્ષેપિત કરે છે. આ ઉદાહરણમાં, ઉત્પન્ન થયેલ પદાર્થ પોલિસિલિકોન છે, અને પછી વેફર પર અવક્ષેપિત થાય છે (અહીં મારે કહેવું છે કે પોલી CVD દ્વારા ફર્નેસ ટ્યુબમાં ઉત્પન્ન થાય છે, તેથી પોલીનું ઉત્પાદન શુદ્ધ CVD મશીન દ્વારા કરવામાં આવતું નથી).

પરંતુ આ પદ્ધતિ દ્વારા રચાયેલ પોલિસિલિકોન સમગ્ર વેફર પર અવક્ષેપિત થશે, અને વરસાદ પછી તે આના જેવું દેખાય છે.

 

પોલી અને SiO2 નું એક્સપોઝર:

આ પગલા પર, આપણે જે ઊભી રચના ઇચ્છીએ છીએ તે ખરેખર રચાઈ ગઈ છે, જેમાં ટોચ પર પોલી, તળિયે SiO2 અને તળિયે સબસ્ટ્રેટ હશે. પરંતુ હવે આખું વેફર આ રીતે છે, અને "નળ" માળખું બનવા માટે આપણને ફક્ત એક ચોક્કસ સ્થિતિની જરૂર છે. તેથી સમગ્ર પ્રક્રિયામાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ પગલું છે - એક્સપોઝર.
આપણે પહેલા વેફરની સપાટી પર ફોટોરેઝિસ્ટનો એક સ્તર ફેલાવીએ છીએ, અને તે આના જેવું બને છે.

પછી તેના પર નિર્ધારિત માસ્ક (માસ્ક પર સર્કિટ પેટર્ન વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી છે) મૂકો, અને અંતે તેને ચોક્કસ તરંગલંબાઇના પ્રકાશથી ઇરેડિયેટ કરો. ફોટોરેઝિસ્ટ ઇરેડિયેટેડ વિસ્તારમાં સક્રિય થશે. માસ્ક દ્વારા અવરોધિત વિસ્તાર પ્રકાશ સ્ત્રોત દ્વારા પ્રકાશિત ન હોવાથી, ફોટોરેઝિસ્ટનો આ ભાગ સક્રિય થતો નથી.

સક્રિય ફોટોરેઝિસ્ટને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રવાહી દ્વારા ધોવાનું ખાસ સરળ હોવાથી, જ્યારે નિષ્ક્રિય ફોટોરેઝિસ્ટને ધોઈ શકાતું નથી, તેથી ઇરેડિયેશન પછી, સક્રિય ફોટોરેઝિસ્ટને ધોવા માટે એક ચોક્કસ પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને અંતે તે આના જેવું બને છે, ફોટોરેઝિસ્ટને ત્યાં છોડી દે છે જ્યાં પોલી અને SiO2 ને જાળવી રાખવાની જરૂર હોય છે, અને ફોટોરેઝિસ્ટને દૂર કરે છે જ્યાં તેને જાળવી રાખવાની જરૂર નથી.