सेमीकंडक्टर प्रक्रिया प्रवाह

तुम्ही भौतिकशास्त्र किंवा गणित कधीही शिकले नसले तरीही ते समजू शकता, पण ते थोडे जास्तच सोपे आणि नवशिक्यांसाठी योग्य आहे. जर तुम्हाला CMOS बद्दल अधिक जाणून घ्यायचे असेल, तर तुम्हाला या अंकातील मजकूर वाचावा लागेल, कारण प्रक्रिया प्रवाह (म्हणजेच, डायोडची उत्पादन प्रक्रिया) समजल्यानंतरच तुम्ही पुढील मजकूर समजून घेऊ शकाल. चला तर मग, या अंकात फाउंड्री कंपनीमध्ये हा CMOS कसा तयार केला जातो याबद्दल जाणून घेऊया (उदाहरण म्हणून नॉन-ॲडव्हान्स्ड प्रोसेस घेऊया, ॲडव्हान्स्ड प्रोसेसचा CMOS रचना आणि उत्पादन तत्त्वामध्ये वेगळा असतो).

सर्वप्रथम, तुम्हाला हे माहित असले पाहिजे की फाउंड्रीला पुरवठादाराकडून मिळणारे वेफर्स (सिलिकॉन वेफरपुरवठादार) हे 200 मिमी त्रिज्येसह एक एक करून आहेत (८-इंचकारखाना) किंवा ३०० मिमी (१२-इंचकारखाना). खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, ते प्रत्यक्षात एका मोठ्या केकसारखे आहे, ज्याला आपण सबस्ट्रेट म्हणतो.

तथापि, याकडे अशा प्रकारे पाहणे आपल्यासाठी सोयीचे नाही. आपण खालून वर पाहतो आणि आडवा छेद पाहतो, जो खालील आकृतीत दिसतो.

पुढे, CMOS मॉडेल कसे दिसते ते पाहूया. प्रत्यक्ष प्रक्रियेत हजारो टप्पे असल्याने, मी येथे सर्वात सोप्या ८-इंची वेफरच्या मुख्य टप्प्यांबद्दल सांगेन.

 

 

विहीर आणि व्युत्क्रमण थर तयार करणे:

म्हणजेच, आयन इम्प्लांटेशनद्वारे (आयन इम्प्लांटेशन, यापुढे 'इम्प' म्हणून संबोधले जाईल) सबस्ट्रेटमध्ये वेलचे रोपण केले जाते. जर तुम्हाला NMOS बनवायचे असेल, तर तुम्हाला P-प्रकारच्या वेल्सचे रोपण करणे आवश्यक आहे. जर तुम्हाला PMOS बनवायचे असेल, तर तुम्हाला N-प्रकारच्या वेल्सचे रोपण करणे आवश्यक आहे. तुमच्या सोयीसाठी, आपण NMOS चे उदाहरण घेऊया. आयन इम्प्लांटेशन मशीन रोपण करायचे असलेले P-प्रकारचे घटक सबस्ट्रेटमध्ये एका विशिष्ट खोलीपर्यंत रोपण करते, आणि नंतर या आयनांना सक्रिय करण्यासाठी आणि त्यांना सभोवताली पसरवण्यासाठी फर्नेस ट्यूबमध्ये उच्च तापमानावर गरम करते. यामुळे वेलची निर्मिती पूर्ण होते. निर्मिती पूर्ण झाल्यावर ते असे दिसते.

वेल बनवल्यानंतर, आयन इम्प्लांटेशनचे इतर टप्पे असतात, ज्यांचा उद्देश चॅनल करंट आणि थ्रेशोल्ड व्होल्टेजचे प्रमाण नियंत्रित करणे हा असतो. याला सर्वजण इन्व्हर्जन लेयर म्हणू शकतात. जर तुम्हाला NMOS बनवायचे असेल, तर इन्व्हर्जन लेयरमध्ये P-प्रकारचे आयन इम्प्लांट केले जातात आणि जर तुम्हाला PMOS बनवायचे असेल, तर इन्व्हर्जन लेयरमध्ये N-प्रकारचे आयन इम्प्लांट केले जातात. इम्प्लांटेशननंतर, त्याचे मॉडेल खालीलप्रमाणे असते.

येथे ऊर्जा, कोन, आयन इम्प्लांटेशन दरम्यानची आयन सांद्रता इत्यादी अनेक बाबी आहेत, ज्यांचा या अंकात समावेश नाही, आणि माझा विश्वास आहे की जर तुम्हाला त्या गोष्टी माहित असतील, तर तुम्ही नक्कीच या क्षेत्रातील जाणकार असाल आणि त्या शिकण्याचा तुमच्याकडे काहीतरी मार्ग नक्कीच असेल.

 

SiO2 बनवणे:

सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2, यापुढे ऑक्साइड म्हणून उल्लेखित) नंतर तयार केला जाईल. CMOS उत्पादन प्रक्रियेमध्ये, ऑक्साइड बनवण्याचे अनेक मार्ग आहेत. येथे, SiO2 गेटच्या खाली वापरला जातो आणि त्याची जाडी थ्रेशोल्ड व्होल्टेज आणि चॅनल करंटच्या प्रमाणावर थेट परिणाम करते. म्हणून, बहुतेक फाउंड्री या टप्प्यावर सर्वोच्च गुणवत्ता, सर्वात अचूक जाडी नियंत्रण आणि सर्वोत्तम एकसमानता असलेली फर्नेस ट्यूब ऑक्सिडेशन पद्धत निवडतात. खरं तर, ही पद्धत खूप सोपी आहे, म्हणजेच, ऑक्सिजन असलेल्या फर्नेस ट्यूबमध्ये, उच्च तापमानाचा वापर करून ऑक्सिजन आणि सिलिकॉनची रासायनिक अभिक्रिया घडवून SiO2 तयार केला जातो. अशा प्रकारे, खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, Si च्या पृष्ठभागावर SiO2 चा एक पातळ थर तयार होतो.

अर्थात, यामध्ये बरीच विशिष्ट माहिती देखील आहे, जसे की किती अंश तापमान आवश्यक आहे, ऑक्सिजनची किती सांद्रता आवश्यक आहे, उच्च तापमान किती काळ आवश्यक आहे, इत्यादी. आपण आता या गोष्टींचा विचार करत नाही आहोत, कारण त्या खूपच विशिष्ट आहेत.

गेट एंड पॉलीची निर्मिती:

पण हे अजून संपलेले नाही. SiO2 हे फक्त एका धाग्यासारखे आहे, आणि खरे गेट (पॉली) अजून सुरू झालेले नाही. म्हणून आपली पुढची पायरी म्हणजे SiO2 वर पॉलिसिलिकॉनचा थर देणे (पॉलीसिलिकॉन देखील एकाच सिलिकॉन घटकापासून बनलेले असते, परंतु त्याची जाळीची रचना वेगळी असते. सबस्ट्रेटसाठी सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन आणि गेटसाठी पॉलिसिलिकॉन का वापरले जाते हे मला विचारू नका. 'सेमीकंडक्टर फिजिक्स' नावाचे एक पुस्तक आहे. तुम्ही त्याबद्दल शिकू शकता. हे जरा विचित्रच आहे~). ​​पॉली हा देखील CMOS मधील एक अत्यंत महत्त्वाचा दुवा आहे, परंतु पॉलीचा घटक सिलिकॉन (Si) आहे, आणि SiO2 वाढवण्याप्रमाणे सिलिकॉन सबस्ट्रेटसोबत थेट अभिक्रिया करून ते तयार करता येत नाही. यासाठी प्रसिद्ध CVD (केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन) ची आवश्यकता असते, ज्यामध्ये निर्वात पोकळीत रासायनिक अभिक्रिया घडवून आणली जाते आणि तयार झालेली वस्तू वेफरवर जमा केली जाते. या उदाहरणात, तयार झालेला पदार्थ पॉलिसिलिकॉन आहे, आणि नंतर तो वेफरवर जमा झाला (येथे मला हे सांगावे लागेल की पॉली एका फर्नेस ट्यूबमध्ये CVD द्वारे तयार केले जाते, त्यामुळे पॉलीची निर्मिती पूर्णपणे CVD मशीनद्वारे केली जात नाही).

परंतु या पद्धतीने तयार झालेले पॉलिसिलिकॉन संपूर्ण वेफरवर जमा होते आणि जमा झाल्यानंतर ते असे दिसते.

 

पॉली आणि SiO2 चे प्रदर्शन:

या टप्प्यावर, आपल्याला हवी असलेली उभी रचना प्रत्यक्षात तयार झालेली असते, ज्यात वरच्या बाजूला पॉली, खालच्या बाजूला SiO2 आणि सर्वात खाली सबस्ट्रेट असते. पण आता संपूर्ण वेफर अशीच असते, आणि आपल्याला फक्त एका विशिष्ट जागेला "फॉसिट" (नळासारखी) रचना बनवायची असते. त्यामुळे संपूर्ण प्रक्रियेतील हा सर्वात महत्त्वाचा टप्पा आहे - एक्सपोजर.
सर्वप्रथम आम्ही वेफरच्या पृष्ठभागावर फोटोरेझिस्टचा एक थर पसरवतो आणि ते असे दिसते.

मग त्यावर परिभाषित मास्क (ज्यावर सर्किट पॅटर्न परिभाषित केलेला आहे) ठेवा आणि शेवटी त्यावर विशिष्ट तरंगलांबीच्या प्रकाशाचा मारा करा. प्रकाशझोत पडलेल्या भागात फोटोरेझिस्ट सक्रिय होईल. मास्कने अडवलेला भाग प्रकाश स्रोताद्वारे प्रकाशित होत नसल्यामुळे, फोटोरेझिस्टचा हा तुकडा सक्रिय होत नाही.

सक्रिय केलेला फोटोरेझिस्ट एका विशिष्ट रासायनिक द्रवाने सहजपणे धुऊन काढता येतो, तर निष्क्रिय केलेला फोटोरेझिस्ट धुऊन काढता येत नाही. त्यामुळे, किरणोत्सर्गानंतर, सक्रिय केलेला फोटोरेझिस्ट धुऊन काढण्यासाठी एका विशिष्ट द्रवाचा वापर केला जातो आणि शेवटी अशी स्थिती होते की, जिथे पॉली आणि SiO2 टिकवून ठेवण्याची गरज आहे तिथे फोटोरेझिस्ट शिल्लक राहतो आणि जिथे टिकवून ठेवण्याची गरज नाही तिथून तो काढून टाकला जातो.