सेमीकंडक्टर प्रक्रिया प्रवाह

आप इसे समझ सकते हैं, भले ही आपने कभी भौतिकी या गणित का अध्ययन न किया हो, लेकिन यह थोड़ा सरल है और शुरुआती लोगों के लिए उपयुक्त है। यदि आप CMOS के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो आपको इस अंक की सामग्री पढ़नी होगी, क्योंकि प्रक्रिया प्रवाह (अर्थात डायोड की उत्पादन प्रक्रिया) को समझने के बाद ही आप आगे की सामग्री को समझ पाएंगे। तो चलिए, इस अंक में हम जानेंगे कि फाउंड्री कंपनी में यह CMOS कैसे बनाया जाता है (सामान्य प्रक्रिया को उदाहरण के तौर पर लेते हुए, उन्नत प्रक्रिया वाले CMOS की संरचना और उत्पादन सिद्धांत अलग होते हैं)।

सबसे पहले, आपको यह जानना होगा कि फाउंड्री को आपूर्तिकर्ता से जो वेफर्स मिलते हैं (सिलिकॉन वेफरआपूर्तिकर्ता) एक-एक करके, 200 मिमी की त्रिज्या के साथ (8 इंचफ़ैक्टरी) या 300 मिमी (12 इंच(कारखाना)। जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, यह वास्तव में एक बड़े केक के समान है, जिसे हम सब्सट्रेट कहते हैं।

हालांकि, हमारे लिए इस तरह से देखना सुविधाजनक नहीं है। हम नीचे से ऊपर की ओर देखते हैं और अनुप्रस्थ काट का दृश्य देखते हैं, जो निम्नलिखित आकृति बन जाता है।

अब देखते हैं कि CMOS मॉडल कैसा दिखता है। चूंकि वास्तविक प्रक्रिया में हजारों चरण होते हैं, इसलिए मैं यहां सबसे सरल 8-इंच वेफर के मुख्य चरणों के बारे में बात करूंगा।

 

 

कुआँ और व्युत्क्रम परत बनाना:

यानी, आयन प्रत्यारोपण (Ion Implantation, जिसे आगे imp कहा जाएगा) द्वारा सब्सट्रेट में वेल स्थापित किया जाता है। NMOS बनाने के लिए, P-प्रकार के वेल स्थापित करने होंगे। PMOS बनाने के लिए, N-प्रकार के वेल स्थापित करने होंगे। आपकी सुविधा के लिए, हम NMOS का उदाहरण लेते हैं। आयन प्रत्यारोपण मशीन P-प्रकार के तत्वों को एक निश्चित गहराई तक सब्सट्रेट में स्थापित करती है, और फिर इन आयनों को सक्रिय करने और उन्हें चारों ओर फैलाने के लिए भट्टी की नली में उच्च तापमान पर गर्म करती है। इस प्रकार वेल का निर्माण पूरा होता है। निर्माण पूरा होने के बाद यह इस प्रकार दिखाई देता है।

कुआँ बनाने के बाद, आयन प्रत्यारोपण के अन्य चरण होते हैं, जिनका उद्देश्य चैनल करंट और थ्रेशोल्ड वोल्टेज के आकार को नियंत्रित करना होता है। इसे व्युत्क्रमण परत कहा जा सकता है। यदि आप NMOS बनाना चाहते हैं, तो व्युत्क्रमण परत में P-प्रकार के आयन प्रत्यारोपित किए जाते हैं, और यदि आप PMOS बनाना चाहते हैं, तो व्युत्क्रमण परत में N-प्रकार के आयन प्रत्यारोपित किए जाते हैं। प्रत्यारोपण के बाद, यह निम्न मॉडल होता है।

यहां बहुत सारी ऐसी सामग्री है, जैसे कि आयन प्रत्यारोपण के दौरान ऊर्जा, कोण, आयन सांद्रता आदि, जो इस अंक में शामिल नहीं हैं, और मेरा मानना ​​है कि यदि आप उन चीजों को जानते हैं, तो आप निश्चित रूप से इस क्षेत्र के जानकार होंगे, और आपके पास उन्हें सीखने का कोई न कोई तरीका जरूर होगा।

 

SiO2 का निर्माण:

सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2, जिसे आगे ऑक्साइड कहा जाएगा) का निर्माण आगे किया जाएगा। CMOS उत्पादन प्रक्रिया में, ऑक्साइड बनाने के कई तरीके हैं। यहाँ, SiO2 का उपयोग गेट के नीचे किया जाता है, और इसकी मोटाई सीधे थ्रेशोल्ड वोल्टेज और चैनल करंट के आकार को प्रभावित करती है। इसलिए, अधिकांश फाउंड्री इस चरण में सबसे उच्च गुणवत्ता, सबसे सटीक मोटाई नियंत्रण और सर्वोत्तम एकरूपता के लिए फर्नेस ट्यूब ऑक्सीकरण विधि का चयन करती हैं। वास्तव में, यह बहुत सरल है, अर्थात्, ऑक्सीजन युक्त फर्नेस ट्यूब में, उच्च तापमान का उपयोग ऑक्सीजन और सिलिकॉन को रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने की अनुमति देने के लिए किया जाता है ताकि SiO2 उत्पन्न हो सके। इस तरह, Si की सतह पर SiO2 की एक पतली परत उत्पन्न होती है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

बेशक, यहाँ बहुत सारी विशिष्ट जानकारी भी है, जैसे कि कितने डिग्री तापमान की आवश्यकता है, ऑक्सीजन की कितनी सांद्रता की आवश्यकता है, उच्च तापमान कितने समय तक चाहिए, आदि। ये वे चीजें नहीं हैं जिन पर हम अभी विचार कर रहे हैं, वे बहुत विशिष्ट हैं।

गेट एंड पॉली का निर्माण:

लेकिन अभी काम खत्म नहीं हुआ है। SiO2 तो बस एक धागे के बराबर है, और असली गेट (पॉली) अभी शुरू ही नहीं हुआ है। इसलिए हमारा अगला कदम SiO2 पर पॉलीसिलिकॉन की एक परत बिछाना है (पॉलीसिलिकॉन भी एक ही सिलिकॉन तत्व से बना होता है, लेकिन इसकी जाली संरचना अलग होती है। मुझसे यह मत पूछिए कि सब्सट्रेट में सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन और गेट में पॉलीसिलिकॉन का उपयोग क्यों किया जाता है। सेमीकंडक्टर फिजिक्स नाम की एक किताब है। आप उसके बारे में पढ़ सकते हैं। यह थोड़ा अजीब है)। CMOS में पॉली भी एक बहुत महत्वपूर्ण कड़ी है, लेकिन पॉली का घटक Si है, और इसे SiO2 की तरह Si सब्सट्रेट के साथ सीधी प्रतिक्रिया से नहीं बनाया जा सकता। इसके लिए प्रसिद्ध CVD (केमिकल वेपर डिपोजिशन) की आवश्यकता होती है, जिसमें निर्वात में रासायनिक प्रतिक्रिया करके उत्पन्न वस्तु को वेफर पर जमा किया जाता है। इस उदाहरण में, उत्पन्न पदार्थ पॉलीसिलिकॉन है, और फिर इसे वेफर पर अवक्षेपित किया जाता है (यहाँ मुझे यह कहना होगा कि पॉली को सीवीडी द्वारा एक भट्टी ट्यूब में उत्पन्न किया जाता है, इसलिए पॉली का उत्पादन शुद्ध सीवीडी मशीन द्वारा नहीं किया जाता है)।

लेकिन इस विधि से निर्मित पॉलीसिलिकॉन पूरी वेफर पर अवक्षेपित हो जाएगा, और अवक्षेपण के बाद यह इस तरह दिखता है।

 

पॉली और SiO2 का एक्सपोजर:

इस चरण में, हमारी इच्छित ऊर्ध्वाधर संरचना वास्तव में बन चुकी है, जिसमें सबसे ऊपर पॉली, सबसे नीचे SiO2 और सबसे नीचे सबस्ट्रेट है। लेकिन अब पूरी वेफर इस प्रकार है, और हमें केवल एक विशिष्ट स्थान को "नल" संरचना के रूप में तैयार करना है। इसलिए, पूरी प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण चरण है - एक्सपोज़र।
सबसे पहले हम वेफर की सतह पर फोटोरेसिस्ट की एक परत फैलाते हैं, और यह इस तरह बन जाता है।

फिर परिभाषित मास्क (जिस पर सर्किट पैटर्न परिभाषित किया गया है) को उस पर रखें, और अंत में इसे एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के प्रकाश से विकिरणित करें। विकिरणित क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट सक्रिय हो जाएगा। चूंकि मास्क द्वारा अवरुद्ध क्षेत्र प्रकाश स्रोत से प्रकाशित नहीं होता है, इसलिए फोटोरेसिस्ट का यह भाग सक्रिय नहीं होता है।

चूंकि सक्रिय फोटोरेसिस्ट को एक विशेष रासायनिक तरल से आसानी से धोया जा सकता है, जबकि निष्क्रिय फोटोरेसिस्ट को धोया नहीं जा सकता, इसलिए विकिरण के बाद, सक्रिय फोटोरेसिस्ट को धोने के लिए एक विशेष तरल का उपयोग किया जाता है, और अंत में यह इस प्रकार हो जाता है, जिससे पॉली और SiO2 को बनाए रखने की आवश्यकता वाले स्थानों पर फोटोरेसिस्ट रह जाता है, और जहां इसे बनाए रखने की आवश्यकता नहीं होती है, वहां से फोटोरेसिस्ट हट जाता है।