अर्धचालक प्रक्रिया प्रवाह

अगर आपने कभी भौतिकी या गणित का अध्ययन नहीं किया है, तो भी आप इसे समझ सकते हैं, लेकिन यह थोड़ा बहुत 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 को पढ़ना होगा, क्योंकि प्रक्रिया प्रवाह (यानी डायोड की उत्पादन प्रक्रिया) को समझने के बाद ही आप निम्नलिखित सामग्री को समझना जारी रख सकते हैं। तो आइए इस अंक में जानें कि फाउंड्री कंपनी में इस CMOS का उत्पादन कैसे किया जाता है (उदाहरण के तौर पर गैर-उन्नत प्रक्रिया लेते हुए, उन्नत प्रक्रिया का CMOS संरचना और उत्पादन सिद्धांत में भिन्न होता है)।

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

हालाँकि, हमारे लिए इसे इस तरह से देखना सुविधाजनक नहीं है। हम नीचे से ऊपर की ओर देखते हैं और क्रॉस-सेक्शनल दृश्य देखते हैं, जो निम्नलिखित चित्र बन जाता है।

आगे, आइए देखें कि CMOS मॉडल कैसा दिखता है। चूंकि वास्तविक प्रक्रिया में हजारों चरणों की आवश्यकता होती है, इसलिए मैं यहां सबसे सरल 8-इंच वेफर के मुख्य चरणों के बारे में बात करूंगा।

 

 

कुआं और उलटा परत बनाना:

अर्थात्, आयन प्रत्यारोपण (आयन प्रत्यारोपण, जिसे आगे चलकर imp के रूप में संदर्भित किया जाता है) द्वारा कुएं को सब्सट्रेट में प्रत्यारोपित किया जाता है। यदि आप NMOS बनाना चाहते हैं, तो आपको P-प्रकार के कुओं को प्रत्यारोपित करना होगा। यदि आप PMOS बनाना चाहते हैं, तो आपको N-प्रकार के कुओं को प्रत्यारोपित करना होगा। आपकी सुविधा के लिए, आइए NMOS को एक उदाहरण के रूप में लेते हैं। आयन प्रत्यारोपण मशीन सब्सट्रेट में प्रत्यारोपित किए जाने वाले P-प्रकार के तत्वों को एक निश्चित गहराई तक प्रत्यारोपित करती है, और फिर इन आयनों को सक्रिय करने और उन्हें चारों ओर फैलाने के लिए उन्हें भट्ठी ट्यूब में उच्च तापमान पर गर्म करती है। इससे कुएं का उत्पादन पूरा हो जाता है। उत्पादन पूरा होने के बाद यह ऐसा दिखता है।

कुआं बनाने के बाद, अन्य आयन आरोपण चरण होते हैं, जिसका उद्देश्य चैनल करंट और थ्रेशोल्ड वोल्टेज के आकार को नियंत्रित करना है। हर कोई इसे व्युत्क्रम परत कह सकता है। यदि आप NMOS बनाना चाहते हैं, तो व्युत्क्रम परत को P-प्रकार के आयनों के साथ प्रत्यारोपित किया जाता है, और यदि आप PMOS बनाना चाहते हैं, तो व्युत्क्रम परत को N-प्रकार के आयनों के साथ प्रत्यारोपित किया जाता है। आरोपण के बाद, यह निम्नलिखित मॉडल है।

यहां बहुत सारी सामग्री है, जैसे कि ऊर्जा, कोण, आयन आरोपण के दौरान आयन सांद्रता, आदि, जो इस मुद्दे में शामिल नहीं हैं, और मेरा मानना ​​​​है कि यदि आप उन चीजों को जानते हैं, तो आप एक अंदरूनी व्यक्ति होंगे, और आपके पास उन्हें सीखने का एक तरीका होना चाहिए।

 

SiO2 बनाना:

सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2, जिसे बाद में ऑक्साइड कहा जाता है) बाद में बनाया 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 के आकार और चैनल करंट के आकार को प्रभावित करती है। इसलिए, अधिकांश फाउंड्री उच्चतम गुणवत्ता, सबसे सटीक मोटाई नियंत्रण और इस चरण में सबसे अच्छी एकरूपता के साथ भट्ठी ट्यूब ऑक्सीकरण विधि का चयन करते हैं। वास्तव में, यह बहुत सरल है, अर्थात, ऑक्सीजन के साथ एक भट्ठी 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, यहां बहुत सारी विशिष्ट जानकारी भी है, जैसे कि कितने डिग्री की आवश्यकता है, ऑक्सीजन की कितनी सांद्रता की आवश्यकता है, कितने समय तक उच्च तापमान की आवश्यकता है, आदि। ये वे चीजें नहीं हैं जिन पर हम अभी विचार कर रहे हैं, वे बहुत विशिष्ट हैं।

गेट अंत पॉली का गठन:

लेकिन यह अभी खत्म नहीं हुआ है। SiO2 बस एक धागे के बराबर है, और असली गेट (पॉली) अभी शुरू नहीं हुआ है। इसलिए हमारा अगला कदम SiO2 पर पॉलीसिलिकॉन की एक परत बिछाना है (पॉलीसिलिकॉन भी एक एकल सिलिकॉन तत्व से बना है, लेकिन जाली व्यवस्था अलग है। मुझसे मत पूछो कि सब्सट्रेट एकल क्रिस्टल सिलिकॉन का उपयोग क्यों करता है और गेट पॉलीसिलिकॉन का उपयोग करता है। सेमीकंडक्टर फिजिक्स नामक एक पुस्तक है। आप इसके बारे में जान सकते हैं। यह शर्मनाक है~)। पॉली भी CMOS में एक बहुत ही महत्वपूर्ण कड़ी है, लेकिन पॉली का घटक Si है, और इसे SiO2 बढ़ने की तरह Si सब्सट्रेट के साथ सीधी प्रतिक्रिया द्वारा उत्पन्न नहीं किया जा सकता है। इसके लिए प्रसिद्ध CVD (रासायनिक वाष्प जमाव) की आवश्यकता होती है, जो एक वैक्यूम में रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करना और वेफर पर उत्पन्न वस्तु को अवक्षेपित करना है। इस उदाहरण में, उत्पन्न पदार्थ पॉलीसिलिकॉन है, और फिर वेफर पर अवक्षेपित किया जाता है (यहां मुझे यह कहना है कि पॉली को CVD द्वारा एक भट्ठी ट्यूब में उत्पन्न किया जाता है, इसलिए पॉली की पीढ़ी एक शुद्ध CVD मशीन द्वारा नहीं की जाती है)।

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

 

पॉली और SiO2 का एक्सपोजर:

इस चरण में, हम जो ऊर्ध्वाधर संरचना चाहते हैं, वह वास्तव में बन चुकी है, जिसमें सबसे ऊपर पॉली, नीचे SiO2 और सबसे नीचे सब्सट्रेट है। लेकिन अब पूरा वेफर ऐसा ही है, और हमें केवल "नल" संरचना के लिए एक विशिष्ट स्थिति की आवश्यकता है। इसलिए पूरी प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण चरण है - एक्सपोज़र।
हम सबसे पहले वेफर की सतह पर फोटोरेसिस्ट की एक परत फैलाते हैं, और यह इस तरह बन जाता है।

फिर उस पर निर्धारित मास्क (मास्क पर सर्किट पैटर्न निर्धारित किया गया है) लगाएँ, और अंत में उसे एक विशिष्ट तरंगदैर्घ्य के प्रकाश से विकिरणित करें। विकिरणित क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट सक्रिय हो जाएगा। चूँकि मास्क द्वारा अवरुद्ध क्षेत्र प्रकाश स्रोत द्वारा प्रकाशित नहीं होता है, इसलिए फोटोरेसिस्ट का यह टुकड़ा सक्रिय नहीं होता है।

चूंकि सक्रिय फोटोरेसिस्ट को एक विशिष्ट रासायनिक तरल द्वारा आसानी से धोया जा सकता है, जबकि निष्क्रिय फोटोरेसिस्ट को धोया नहीं जा सकता है, विकिरण के बाद, सक्रिय फोटोरेसिस्ट को धोने के लिए एक विशिष्ट तरल का उपयोग किया जाता है, और अंत में यह इस तरह हो जाता है, जहां पॉली और SiO2 को बनाए रखने की आवश्यकता होती है, वहां फोटोरेसिस्ट को छोड़ दिया जाता है, और जहां इसे बनाए रखने की आवश्यकता नहीं होती है, वहां फोटोरेसिस्ट को हटा दिया जाता है।