တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လုပ်ငန်းစဉ်စီးဆင်းမှု

ရူပဗေဒ သို့မဟုတ် သင်္ချာကို တစ်ခါမှ မလေ့လာဖူးရင်တောင် နားလည်နိုင်ပါတယ်၊ ဒါပေမယ့် နည်းနည်းရိုးရှင်းလွန်းပြီး အစပြုသူတွေအတွက် သင့်တော်ပါတယ်။ CMOS အကြောင်း ပိုသိချင်ရင် ဒီထုတ်ဝေမှုရဲ့ အကြောင်းအရာကို ဖတ်ရပါမယ်၊ ဘာလို့လဲဆိုတော့ လုပ်ငန်းစဉ်စီးဆင်းမှု (ဆိုလိုတာက diode ရဲ့ ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်) ကို နားလည်ပြီးမှသာ အောက်ပါအကြောင်းအရာကို ဆက်လက်နားလည်နိုင်မှာမို့ပါ။ ပြီးရင် ဒီ CMOS ကို foundry company မှာ ဘယ်လိုထုတ်လုပ်ထားလဲဆိုတာကို ဒီထုတ်ဝေမှုမှာ လေ့လာကြည့်ရအောင် (အဆင့်မြင့်မဟုတ်တဲ့ လုပ်ငန်းစဉ်ကို ဥပမာအနေနဲ့ ယူရရင် အဆင့်မြင့်လုပ်ငန်းစဉ်ရဲ့ CMOS ဟာ ဖွဲ့စည်းပုံနဲ့ ထုတ်လုပ်မှုမူမှာ ကွဲပြားပါတယ်)။

ပထမဦးစွာ၊ သတ္တုပုံသွင်းစက်ရုံသည် ဝေဖာများကို ပေးသွင်းသူထံမှ ရရှိကြောင်း သင်သိထားရမည် (ဆီလီကွန် ဝေဖာပေးသွင်းသူ) များသည် 200mm အချင်းဝက်ရှိသော တစ်ခုချင်းဖြစ်သည် (၈ လက်မစက်ရုံ) သို့မဟုတ် ၃၀၀ မီလီမီတာ (၁၂ လက်မစက်ရုံ)။ အောက်ပါပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ ၎င်းသည် အမှန်တကယ်တွင် ကိတ်မုန့်ကြီးတစ်ခုနှင့် ဆင်တူပြီး ၎င်းကို ကျွန်ုပ်တို့က substrate ဟုခေါ်သည်။

သို့သော်၊ ဤနည်းဖြင့်ကြည့်ရန် ကျွန်ုပ်တို့အတွက် အဆင်မပြေပါ။ ကျွန်ုပ်တို့သည် အောက်ခြေမှ အပေါ်သို့ကြည့်ပြီး ဖြတ်ပိုင်းမြင်ကွင်းကို ကြည့်သောအခါ ၎င်းသည် အောက်ပါပုံဖြစ်လာသည်။

နောက်တစ်ခုအနေနဲ့ CMOS မော်ဒယ် ဘယ်လိုပေါ်လာလဲဆိုတာ ကြည့်ရအောင်။ တကယ့်လုပ်ငန်းစဉ်က အဆင့်ထောင်ပေါင်းများစွာ လိုအပ်တာကြောင့် အရိုးရှင်းဆုံး ၈ လက်မ wafer ရဲ့ အဓိကအဆင့်တွေအကြောင်း ဒီမှာ ပြောပြပါမယ်။

 

 

ရေတွင်းပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ပြောင်းပြန်လှန်ခြင်းအလွှာ-

ဆိုလိုသည်မှာ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်း (Ion Implantation၊ ယခုမှစ၍ imp ဟုခေါ်သည်) မှတစ်ဆင့် well ကို substrate ထဲသို့ ထည့်သွင်းခြင်းဖြစ်သည်။ NMOS ပြုလုပ်လိုပါက P-type well များကို ထည့်သွင်းရန် လိုအပ်ပါသည်။ PMOS ပြုလုပ်လိုပါက N-type well များကို ထည့်သွင်းရန် လိုအပ်ပါသည်။ သင့်အတွက် အဆင်ပြေစေရန်အတွက် NMOS ကို ဥပမာအဖြစ် ယူကြပါစို့။ အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းသည့်စက်သည် substrate ထဲသို့ ထည့်သွင်းရမည့် P-type element များကို သတ်မှတ်ထားသော အနက်အထိ ထည့်သွင်းပြီးနောက် မီးဖိုပြွန်တွင် မြင့်မားသောအပူချိန်ဖြင့် အပူပေးပြီး ဤအိုင်းယွန်းများကို အသက်ဝင်စေပြီး ပျံ့နှံ့စေသည်။ ၎င်းသည် well ထုတ်လုပ်မှုပြီးစီးသည်။ ထုတ်လုပ်မှုပြီးစီးပြီးနောက် ဤကဲ့သို့မြင်ရသည်။

ရေတွင်းပြုလုပ်ပြီးနောက်၊ channel current အရွယ်အစားနှင့် threshold voltage ကိုထိန်းချုပ်ရန် ရည်ရွယ်ချက်ဖြင့် အခြား ion implantation အဆင့်များရှိပါသည်။ လူတိုင်းက ၎င်းကို inversion layer ဟုခေါ်နိုင်ပါသည်။ NMOS ပြုလုပ်လိုပါက inversion layer ကို P-type ions များဖြင့် ထည့်သွင်းပြီး၊ PMOS ပြုလုပ်လိုပါက inversion layer ကို N-type ions များဖြင့် ထည့်သွင်းပါသည်။ ထည့်သွင်းပြီးနောက်၊ ၎င်းသည် အောက်ပါပုံစံဖြစ်သည်။

ဤထုတ်ဝေမှုတွင် မပါဝင်သော စွမ်းအင်၊ ထောင့်၊ အိုင်းယွန်းစိုက်ဝင်စဉ်အတွင်း အိုင်းယွန်းပါဝင်မှု စသည်တို့ကဲ့သို့သော အကြောင်းအရာများစွာရှိပြီး၊ ထိုအရာများကို သင်သိပါက သင်သည် အတွင်းလူတစ်ဦးဖြစ်ရမည်ဖြစ်ပြီး ၎င်းတို့ကို လေ့လာရန် နည်းလမ်းတစ်ခုရှိရမည်ဟု ကျွန်ုပ်ယုံကြည်ပါသည်။

 

SiO2 ပြုလုပ်ခြင်း:

ဆီလီကွန်ဒိုင်အောက်ဆိုဒ် (SiO2၊ ယခုမှစ၍ အောက်ဆိုဒ်ဟု ရည်ညွှန်းသည်) ကို နောက်ပိုင်းတွင် ပြုလုပ်ပါမည်။ CMOS ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် အောက်ဆိုဒ်ပြုလုပ်ရန် နည်းလမ်းများစွာရှိပါသည်။ ဤနေရာတွင် SiO2 ကို ဂိတ်အောက်တွင် အသုံးပြုထားပြီး ၎င်း၏အထူသည် ကန့်သတ်ချက်ဗို့အား၏ အရွယ်အစားနှင့် ချန်နယ်လျှပ်စီးကြောင်း၏ အရွယ်အစားကို တိုက်ရိုက်အကျိုးသက်ရောက်စေပါသည်။ ထို့ကြောင့် အများစုသော သတ္တုပုံသွင်းစက်ရုံများသည် အရည်အသွေးအမြင့်ဆုံး၊ အတိကျဆုံးအထူထိန်းချုပ်မှုနှင့် ဤအဆင့်တွင် အကောင်းဆုံးတသမတ်တည်းရှိသော မီးဖိုပြွန်အောက်ဆိုဒ်နည်းလမ်းကို ရွေးချယ်ကြသည်။ အမှန်စင်စစ်၊ ၎င်းသည် အလွန်ရိုးရှင်းပါသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ အောက်ဆီဂျင်ပါသော မီးဖိုပြွန်တွင် အောက်ဆီဂျင်နှင့် ဆီလီကွန်တို့ ဓာတုဗေဒနည်းအရ ဓာတ်ပြုရန် SiO2 ကို ထုတ်လုပ်ရန် မြင့်မားသောအပူချိန်ကို အသုံးပြုပါသည်။ ဤနည်းအားဖြင့် SiO2 ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အောက်ဖော်ပြပါပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ပါးလွှာသောအလွှာတစ်ခု ဖြစ်ပေါ်လာပါသည်။

ဟုတ်ပါတယ်၊ ဒီမှာ ဒီဂရီဘယ်လောက်လိုအပ်လဲ၊ အောက်ဆီဂျင်ဘယ်လောက်ပါဝင်မှုလိုအပ်လဲ၊ အပူချိန်မြင့်မားဖို့ ဘယ်လောက်ကြာအောင်လိုအပ်လဲ စတဲ့ တိကျတဲ့အချက်အလက်တွေ အများကြီးရှိပါတယ်။ ဒါတွေက အခုကျွန်တော်တို့ စဉ်းစားနေတာမဟုတ်ပါဘူး၊ အဲဒါတွေက အရမ်းတိကျလွန်းပါတယ်။

ဂိတ်အဆုံး Poly ဖွဲ့စည်းခြင်း:

ဒါပေမယ့် မပြီးသေးပါဘူး။ SiO2 က ချည်မျှင်တစ်ခုနဲ့ ညီမျှပြီး တကယ့်ဂိတ် (Poly) က မစရသေးပါဘူး။ ဒါကြောင့် ကျွန်တော်တို့ရဲ့ နောက်တစ်ဆင့်ကတော့ SiO2 ပေါ်မှာ polysilicon အလွှာတစ်ခု ခင်းဖို့ပါ (polysilicon ကလည်း single silicon element တစ်ခုတည်းနဲ့ ဖွဲ့စည်းထားပေမယ့် lattice arrangement က မတူပါဘူး။ substrate က single crystal silicon ကို ဘာလို့သုံးတာလဲလို့ မမေးပါနဲ့။ Semiconductor Physics လို့ခေါ်တဲ့ စာအုပ်တစ်အုပ်ရှိပါတယ်။ ဒီအကြောင်း လေ့လာနိုင်ပါတယ်။ ရှက်စရာပဲ~)။ Poly ကလည်း CMOS မှာ အရေးကြီးတဲ့ link တစ်ခုဖြစ်ပေမယ့် poly ရဲ့ component က Si ဖြစ်ပြီး SiO2 ကြီးထွားလာသလို Si substrate နဲ့ တိုက်ရိုက်ဓာတ်ပြုမှုကနေ ထုတ်လုပ်လို့မရပါဘူး။ ဒါက ဒဏ္ဍာရီလာ CVD (Chemical Vapor Deposition) လိုအပ်ပါတယ်။ အဲဒါက vacuum မှာ ဓာတုဗေဒနည်းအရ ဓာတ်ပြုပြီး wafer ပေါ်မှာ ထုတ်လုပ်ထားတဲ့ object ကို precipitate လုပ်တာပါ။ ဒီဥပမာမှာ ထုတ်လုပ်ထားတဲ့ substance က polysilicon ဖြစ်ပြီး wafer ပေါ်မှာ precipitate လုပ်ပါတယ် (ဒီမှာ poly ကို furnace tube ထဲမှာ CVD ကနေ ထုတ်လုပ်ထားတာဖြစ်လို့ poly ထုတ်လုပ်တာကို CVD စက်နဲ့ မလုပ်ဘူးလို့ ပြောရပါမယ်)။

ဒါပေမယ့် ဒီနည်းလမ်းနဲ့ ဖွဲ့စည်းထားတဲ့ polysilicon ဟာ wafer တစ်ခုလုံးမှာ precipitation ဖြစ်သွားမှာဖြစ်ပြီး precipitation ပြီးရင် ဒီလိုပုံစံ ဖြစ်သွားမှာပါ။

 

ပိုလီနှင့် SiO2 ထိတွေ့မှု:

ဒီအဆင့်မှာ ကျွန်တော်တို့လိုချင်တဲ့ vertical structure ကို အပေါ်ဘက်မှာ poly၊ အောက်ခြေမှာ SiO2 နဲ့ အောက်ခြေမှာ substrate နဲ့ ဖွဲ့စည်းပြီးပါပြီ။ ဒါပေမယ့် အခု wafer တစ်ခုလုံးက ဒီလိုဖြစ်ပြီး "faucet" structure ဖြစ်ဖို့အတွက် တိကျတဲ့ position တစ်ခုပဲ လိုအပ်ပါတယ်။ ဒါကြောင့် လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးမှာ အရေးအကြီးဆုံးအဆင့် - exposure ပါ။
ကျွန်ုပ်တို့သည် wafer မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် photoresist အလွှာတစ်ခုကို ဦးစွာ ဖြန့်လိုက်သောအခါ ၎င်းသည် ဤကဲ့သို့ ဖြစ်လာသည်။

ထို့နောက် သတ်မှတ်ထားသော မျက်နှာဖုံး (ပတ်လမ်းပုံစံကို မျက်နှာဖုံးပေါ်တွင် သတ်မှတ်ထားပြီးဖြစ်သည်) ကို ၎င်းပေါ်တွင် တင်ပြီး နောက်ဆုံးတွင် သတ်မှတ်ထားသော လှိုင်းအလျားရှိသော အလင်းဖြင့် ထိတွေ့စေပါ။ ထိတွေ့ထားသော နေရာတွင် ဖိုတိုရီဆစ်သည် အသက်ဝင်မည်ဖြစ်သည်။ မျက်နှာဖုံးပိတ်ဆို့ထားသော နေရာကို အလင်းရင်းမြစ်မှ မလင်းစေသောကြောင့် ဤဖိုတိုရီဆစ်အပိုင်းအစသည် အသက်မဝင်ပါ။

အသက်ဝင်နေသော photoresist ကို သတ်မှတ်ထားသော ဓာတုအရည်ဖြင့် ဆေးကြောရန် အထူးလွယ်ကူသော်လည်း အသက်မဝင်သော photoresist ကိုမူ ဆေးကြော၍မရသောကြောင့်၊ ဓာတ်ရောင်ခြည်ဖြင့် ထိတွေ့ပြီးနောက် အသက်ဝင်နေသော photoresist ကို ဆေးကြောရန် သတ်မှတ်ထားသော အရည်ကို အသုံးပြုပြီး နောက်ဆုံးတွင် ဤကဲ့သို့ ဖြစ်လာကာ Poly နှင့် SiO2 ကို ထိန်းသိမ်းထားရန် လိုအပ်သည့်နေရာတွင် photoresist ကို ထားခဲ့ပြီး photoresist ကို ထိန်းသိမ်းထားရန် မလိုအပ်သည့်နေရာတွင် ဖယ်ရှားခဲ့သည်။