സെമികണ്ടക്ടർ പ്രക്രിയ പ്രവാഹം

ഭൗതികശാസ്ത്രമോ ഗണിതശാസ്ത്രമോ പഠിച്ചിട്ടില്ലെങ്കിലും നിങ്ങൾക്ക് ഇത് മനസ്സിലാകും, പക്ഷേ ഇത് അൽപ്പം വളരെ ലളിതവും തുടക്കക്കാർക്ക് അനുയോജ്യവുമാണ്. CMOS-നെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയണമെങ്കിൽ, ഈ ലക്കത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കം വായിക്കണം, കാരണം പ്രോസസ് ഫ്ലോ (അതായത്, ഡയോഡിന്റെ ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയ) മനസ്സിലാക്കിയതിനുശേഷം മാത്രമേ നിങ്ങൾക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന ഉള്ളടക്കം മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയൂ. പിന്നെ ഈ ലക്കത്തിൽ ഫൗണ്ടറി കമ്പനിയിൽ ഈ CMOS എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കുന്നുവെന്ന് പഠിക്കാം (ഉദാഹരണത്തിന്, നൂതന പ്രക്രിയയുടെ CMOS ഘടനയിലും ഉൽ‌പാദന തത്വത്തിലും വ്യത്യസ്തമാണ്).

ഒന്നാമതായി, ഫൗണ്ടറിക്ക് വിതരണക്കാരനിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന വേഫറുകൾ (സിലിക്കൺ വേഫർവിതരണക്കാരൻ) 200mm ആരം ഉള്ള, ഓരോന്നായി (8-ഇഞ്ച്ഫാക്ടറി) അല്ലെങ്കിൽ 300 മിമി (12-ഇഞ്ച്ഫാക്ടറി). താഴെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ഇത് യഥാർത്ഥത്തിൽ ഒരു വലിയ കേക്കിന് സമാനമാണ്, അതിനെ നമ്മൾ ഒരു അടിവസ്ത്രം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

എന്നിരുന്നാലും, ഈ രീതിയിൽ നോക്കുന്നത് ഞങ്ങൾക്ക് സൗകര്യപ്രദമല്ല. നമ്മൾ താഴെ നിന്ന് മുകളിലേക്ക് നോക്കി ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ വ്യൂ നോക്കുന്നു, അത് ഇനിപ്പറയുന്ന ചിത്രമായി മാറുന്നു.

അടുത്തതായി, CMOS മോഡൽ എങ്ങനെ ദൃശ്യമാകുമെന്ന് നോക്കാം. യഥാർത്ഥ പ്രക്രിയയ്ക്ക് ആയിരക്കണക്കിന് ഘട്ടങ്ങൾ ആവശ്യമുള്ളതിനാൽ, ഏറ്റവും ലളിതമായ 8 ഇഞ്ച് വേഫറിന്റെ പ്രധാന ഘട്ടങ്ങളെക്കുറിച്ച് ഞാൻ ഇവിടെ സംസാരിക്കും.

 

 

വെൽ നിർമ്മാണവും ഇൻവേർഷൻ ലെയറും:

അതായത്, അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ വഴിയാണ് കിണർ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് ഇംപ്ലാന്റ് ചെയ്യുന്നത് (അയൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ, ഇനി മുതൽ ഇംപ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു). നിങ്ങൾക്ക് NMOS നിർമ്മിക്കണമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ P-ടൈപ്പ് കിണറുകൾ ഇംപ്ലാന്റ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. നിങ്ങൾക്ക് PMOS നിർമ്മിക്കണമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ N-ടൈപ്പ് കിണറുകൾ ഇംപ്ലാന്റ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. നിങ്ങളുടെ സൗകര്യാർത്ഥം, നമുക്ക് NMOS ഉദാഹരണമായി എടുക്കാം. അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ മെഷീൻ അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് ഇംപ്ലാന്റ് ചെയ്യേണ്ട P-ടൈപ്പ് മൂലകങ്ങളെ ഒരു പ്രത്യേക ആഴത്തിൽ ഇംപ്ലാന്റ് ചെയ്യുന്നു, തുടർന്ന് ഈ അയോണുകൾ സജീവമാക്കുന്നതിനും അവയെ ചുറ്റും വ്യാപിപ്പിക്കുന്നതിനും ഫർണസ് ട്യൂബിലെ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ അവയെ ചൂടാക്കുന്നു. ഇത് കിണറിന്റെ ഉത്പാദനം പൂർത്തിയാക്കുന്നു. ഉത്പാദനം പൂർത്തിയായ ശേഷം ഇത് ഇങ്ങനെയാണ് കാണപ്പെടുന്നത്.

കിണർ നിർമ്മിച്ചതിനുശേഷം, മറ്റ് അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ ഘട്ടങ്ങളുണ്ട്, ഇതിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം ചാനൽ കറന്റിന്റെയും ത്രെഷോൾഡ് വോൾട്ടേജിന്റെയും വലുപ്പം നിയന്ത്രിക്കുക എന്നതാണ്. എല്ലാവർക്കും ഇതിനെ ഇൻവേർഷൻ ലെയർ എന്ന് വിളിക്കാം. നിങ്ങൾക്ക് NMOS നിർമ്മിക്കണമെങ്കിൽ, ഇൻവേർഷൻ ലെയറിൽ P-ടൈപ്പ് അയോണുകൾ ഘടിപ്പിക്കും, നിങ്ങൾക്ക് PMOS നിർമ്മിക്കണമെങ്കിൽ, ഇൻവേർഷൻ ലെയറിൽ N-ടൈപ്പ് അയോണുകൾ ഘടിപ്പിക്കും. ഇംപ്ലാന്റേഷന് ശേഷം, ഇത് ഇനിപ്പറയുന്ന മോഡലാണ്.

അയോൺ ഇംപ്ലാന്റേഷൻ സമയത്തെ ഊർജ്ജം, കോൺ, അയോൺ സാന്ദ്രത തുടങ്ങിയ നിരവധി കാര്യങ്ങൾ ഈ ലക്കത്തിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ല, നിങ്ങൾക്ക് ആ കാര്യങ്ങൾ അറിയാമെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ ഒരു ആന്തരിക വ്യക്തിയായിരിക്കണമെന്നും അവ പഠിക്കാൻ നിങ്ങൾക്ക് ഒരു മാർഗം ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്നും ഞാൻ വിശ്വസിക്കുന്നു.

 

SiO2 നിർമ്മിക്കുന്നു:

സിലിക്കൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് (SiO2, ഇനി മുതൽ ഓക്സൈഡ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു) പിന്നീട് നിർമ്മിക്കും. CMOS ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയയിൽ, ഓക്സൈഡ് നിർമ്മിക്കുന്നതിന് നിരവധി മാർഗങ്ങളുണ്ട്. ഇവിടെ, SiO2 ഗേറ്റിനടിയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതിന്റെ കനം നേരിട്ട് ത്രെഷോൾഡ് വോൾട്ടേജിന്റെ വലുപ്പത്തെയും ചാനൽ കറന്റിന്റെ വലുപ്പത്തെയും ബാധിക്കുന്നു. അതിനാൽ, മിക്ക ഫൗണ്ടറികളും ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഗുണനിലവാരമുള്ള, ഏറ്റവും കൃത്യമായ കനം നിയന്ത്രണമുള്ള, ഈ ഘട്ടത്തിൽ മികച്ച ഏകീകൃതതയുള്ള ഫർണസ് ട്യൂബ് ഓക്സിഡേഷൻ രീതി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ, ഇത് വളരെ ലളിതമാണ്, അതായത്, ഓക്സിജനുള്ള ഒരു ഫർണസ് ട്യൂബിൽ, ഉയർന്ന താപനില ഉപയോഗിച്ച് ഓക്സിജനും സിലിക്കണും രാസപരമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് SiO2 ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. ഈ രീതിയിൽ, താഴെയുള്ള ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, Si യുടെ ഉപരിതലത്തിൽ SiO2 ന്റെ ഒരു നേർത്ത പാളി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു.

തീർച്ചയായും, എത്ര ഡിഗ്രി ആവശ്യമാണ്, എത്ര ഓക്സിജന്റെ സാന്ദ്രത ആവശ്യമാണ്, ഉയർന്ന താപനില എത്ര നേരം ആവശ്യമാണ് തുടങ്ങിയ നിരവധി പ്രത്യേക വിവരങ്ങളും ഇവിടെയുണ്ട്. ഇവയല്ല നമ്മൾ ഇപ്പോൾ പരിഗണിക്കുന്നത്, അവ വളരെ നിർദ്ദിഷ്ടമാണ്.

ഗേറ്റ് എൻഡ് പോളിയുടെ രൂപീകരണം:

പക്ഷേ അത് ഇതുവരെ അവസാനിച്ചിട്ടില്ല. SiO2 ഒരു ത്രെഡിന് തുല്യമാണ്, യഥാർത്ഥ ഗേറ്റ് (പോളി) ഇതുവരെ ആരംഭിച്ചിട്ടില്ല. അതിനാൽ നമ്മുടെ അടുത്ത ഘട്ടം SiO2 ന് മുകളിൽ പോളിസിലിക്കണിന്റെ ഒരു പാളി സ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ് (പോളിസിലിക്കണും ഒരൊറ്റ സിലിക്കൺ മൂലകം ചേർന്നതാണ്, പക്ഷേ ലാറ്റിസ് ക്രമീകരണം വ്യത്യസ്തമാണ്. സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ സിലിക്കണും ഗേറ്റ് പോളിസിലിക്കണും ഉപയോഗിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് എന്നോട് ചോദിക്കരുത്. സെമികണ്ടക്ടർ ഫിസിക്‌സ് എന്നൊരു പുസ്തകമുണ്ട്. നിങ്ങൾക്ക് ഇതിനെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാം. ഇത് ലജ്ജാകരമാണ്~). CMOS-ലും പോളി വളരെ നിർണായകമായ ഒരു ലിങ്കാണ്, പക്ഷേ പോളിയുടെ ഘടകം Si ആണ്, കൂടാതെ SiO2 വളർത്തുന്നത് പോലെ Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായുള്ള നേരിട്ടുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ഇത് സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയില്ല. ഇതിന് ഐതിഹാസിക CVD (കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ) ആവശ്യമാണ്, അത് ഒരു ശൂന്യതയിൽ രാസപരമായി പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് ജനറേറ്റുചെയ്‌ത വസ്തുവിനെ വേഫറിൽ അവക്ഷിപ്തമാക്കുക എന്നതാണ്. ഈ ഉദാഹരണത്തിൽ, ജനറേറ്റുചെയ്‌ത പദാർത്ഥം പോളിസിലിക്കൺ ആണ്, തുടർന്ന് വേഫറിൽ അവക്ഷിപ്തമാക്കപ്പെടുന്നു (ഇവിടെ പോളി ഒരു ഫർണസ് ട്യൂബിൽ CVD വഴി ജനറേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു എന്ന് ഞാൻ പറയണം, അതിനാൽ പോളിയുടെ ഉത്പാദനം ഒരു ശുദ്ധമായ CVD മെഷീൻ നടത്തുന്നില്ല).

എന്നാൽ ഈ രീതിയിലൂടെ രൂപം കൊള്ളുന്ന പോളിസിലിക്കൺ മുഴുവൻ വേഫറിലും അവക്ഷിപ്തമാകും, കൂടാതെ അവക്ഷിപ്തത്തിന് ശേഷം ഇത് ഇതുപോലെ കാണപ്പെടും.

 

പോളിയുടെയും SiO2 ന്റെയും എക്സ്പോഷർ:

ഈ ഘട്ടത്തിൽ, നമുക്ക് ആവശ്യമുള്ള ലംബ ഘടന യഥാർത്ഥത്തിൽ രൂപപ്പെട്ടു കഴിഞ്ഞു, മുകളിൽ പോളി, താഴെ SiO2, അടിയിൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് എന്നിവ. എന്നാൽ ഇപ്പോൾ മുഴുവൻ വേഫറും ഇതുപോലെയാണ്, "ഫ്യൂസറ്റ്" ഘടനയാകാൻ നമുക്ക് ഒരു പ്രത്യേക സ്ഥാനം മാത്രമേ ആവശ്യമുള്ളൂ. അതിനാൽ മുഴുവൻ പ്രക്രിയയിലും ഏറ്റവും നിർണായകമായ ഘട്ടം ഉണ്ട് - എക്സ്പോഷർ.
ആദ്യം നമ്മൾ വേഫറിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റിന്റെ ഒരു പാളി വിതറുന്നു, അത് ഇതുപോലെയാകും.

അതിനുശേഷം നിർവചിക്കപ്പെട്ട മാസ്ക് (സർക്യൂട്ട് പാറ്റേൺ മാസ്കിൽ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു) അതിൽ വയ്ക്കുക, ഒടുവിൽ ഒരു പ്രത്യേക തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള പ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച് അതിനെ വികിരണം ചെയ്യുക. വികിരണം ചെയ്യപ്പെട്ട സ്ഥലത്ത് ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് സജീവമാകും. മാസ്ക് തടഞ്ഞ പ്രദേശം പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് പ്രകാശിപ്പിക്കാത്തതിനാൽ, ഈ ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് ഭാഗം സജീവമാക്കുന്നില്ല.

സജീവമാക്കിയ ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് ഒരു പ്രത്യേക രാസ ദ്രാവകം ഉപയോഗിച്ച് എളുപ്പത്തിൽ കഴുകി കളയാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ, സജീവമാക്കാത്ത ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് കഴുകി കളയാൻ കഴിയില്ല, റേഡിയേഷനുശേഷം, സജീവമാക്കിയ ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് കഴുകി കളയാൻ ഒരു പ്രത്യേക ദ്രാവകം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒടുവിൽ ഇത് ഇങ്ങനെയായി മാറുന്നു. പോളിയും SiO2 ഉം നിലനിർത്തേണ്ട സ്ഥലത്ത് ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റും നിലനിർത്തേണ്ട സ്ഥലത്ത് അവശേഷിപ്പിക്കുകയും നിലനിർത്തേണ്ട ആവശ്യമില്ലാത്ത സ്ഥലത്ത് ഫോട്ടോറെസിസ്റ്റ് നീക്കം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.