సెమీకండక్టర్ ప్రక్రియ ప్రవాహం

మీరు భౌతికశాస్త్రం లేదా గణితశాస్త్రం ఎప్పుడూ చదవకపోయినా దీన్ని అర్థం చేసుకోగలరు, కానీ ఇది ప్రారంభకులకు కొంచెం సరళంగా మరియు అనుకూలంగా ఉంటుంది. మీరు CMOS గురించి మరింత తెలుసుకోవాలనుకుంటే, ఈ సంచికలోని విషయాన్ని తప్పక చదవాలి, ఎందుకంటే ప్రక్రియ ప్రవాహాన్ని (అంటే, డయోడ్ యొక్క ఉత్పత్తి ప్రక్రియను) అర్థం చేసుకున్న తర్వాత మాత్రమే మీరు తదుపరి విషయాన్ని అర్థం చేసుకోవడం కొనసాగించగలరు. అయితే, ఈ సంచికలో ఫౌండ్రీ కంపెనీలో ఈ CMOS ఎలా ఉత్పత్తి చేయబడుతుందో తెలుసుకుందాం (ఉదాహరణగా అధునాతనం కాని ప్రక్రియను తీసుకుంటే, అధునాతన ప్రక్రియ యొక్క CMOS నిర్మాణం మరియు ఉత్పత్తి సూత్రంలో భిన్నంగా ఉంటుంది).

అన్నిటికంటే ముందు, ఫౌండ్రీ సరఫరాదారు నుండి పొందే వేఫర్‌ల గురించి మీరు తెలుసుకోవాలి (సిలికాన్ వేఫర్సరఫరాదారు) ఒక్కొక్కటిగా, 200 మిమీ వ్యాసార్థంతో (8-అంగుళాలఫ్యాక్టరీ) లేదా 300 మిమీ (12-అంగుళాలఫ్యాక్టరీ). క్రింది చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఇది వాస్తవానికి ఒక పెద్ద కేక్ లాగా ఉంటుంది, దీనిని మనం సబ్‌స్ట్రేట్ అని పిలుస్తాము.

అయితే, మనం దీనిని ఈ విధంగా చూడటం సౌకర్యవంతంగా ఉండదు. మనం కింది నుండి పైకి అడ్డుకోత దృశ్యాన్ని చూస్తాము, అది ఈ క్రింది పటంగా మారుతుంది.

తరువాత, CMOS మోడల్ ఎలా కనిపిస్తుందో చూద్దాం. అసలు ప్రక్రియకు వేలకొద్దీ దశలు అవసరం కాబట్టి, నేను ఇక్కడ అత్యంత సరళమైన 8-అంగుళాల వేఫర్ యొక్క ప్రధాన దశల గురించి మాట్లాడతాను.

 

 

వెల్ మరియు ఇన్వర్షన్ లేయర్‌ను తయారు చేయడం:

అంటే, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ (అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్, ఇకపై imp అని పిలుస్తారు) ద్వారా సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి వెల్ ఇంప్లాంట్ చేయబడుతుంది. మీరు NMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, మీరు P-రకం వెల్స్‌ను ఇంప్లాంట్ చేయాలి. మీరు PMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, మీరు N-రకం వెల్స్‌ను ఇంప్లాంట్ చేయాలి. మీ సౌలభ్యం కోసం, NMOSను ఒక ఉదాహరణగా తీసుకుందాం. అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ యంత్రం, ఇంప్లాంట్ చేయవలసిన P-రకం మూలకాలను సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి ఒక నిర్దిష్ట లోతు వరకు ఇంప్లాంట్ చేస్తుంది, ఆపై ఈ అయాన్‌లను ఉత్తేజపరిచి, వాటిని చుట్టూ వ్యాపింపజేయడానికి ఫర్నేస్ ట్యూబ్‌లో అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వేడి చేస్తుంది. దీనితో వెల్ ఉత్పత్తి పూర్తవుతుంది. ఉత్పత్తి పూర్తయిన తర్వాత అది ఇలా కనిపిస్తుంది.

వెల్ తయారు చేసిన తర్వాత, ఇతర అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ దశలు ఉంటాయి, వీటి ఉద్దేశ్యం ఛానల్ కరెంట్ మరియు థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ పరిమాణాన్ని నియంత్రించడం. దీనిని అందరూ ఇన్వర్షన్ లేయర్ అని పిలవవచ్చు. మీరు NMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, ఇన్వర్షన్ లేయర్‌లో P-రకం అయాన్‌లను ఇంప్లాంట్ చేస్తారు, మరియు మీరు PMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, ఇన్వర్షన్ లేయర్‌లో N-రకం అయాన్‌లను ఇంప్లాంట్ చేస్తారు. ఇంప్లాంటేషన్ తర్వాత, ఇది ఈ క్రింది మోడల్‌లో ఉంటుంది.

ఇక్కడ శక్తి, కోణం, అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ సమయంలో అయాన్ గాఢత వంటి చాలా విషయాలు ఉన్నాయి, అవి ఈ సంచికలో చేర్చబడలేదు, మరియు మీకు ఆ విషయాలు తెలిస్తే, మీరు తప్పకుండా ఆ రంగంలో నిపుణులై ఉంటారని, మరియు వాటిని నేర్చుకోవడానికి మీకు ఒక మార్గం తప్పక ఉంటుందని నేను నమ్ముతున్నాను.

 

SiO2 తయారీ:

సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2, ఇకపై ఆక్సైడ్ అని పిలుస్తారు) తరువాత తయారు చేయబడుతుంది. CMOS ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, ఆక్సైడ్‌ను తయారు చేయడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి. ఇక్కడ, గేట్ కింద SiO2 ఉపయోగించబడుతుంది, మరియు దాని మందం థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ పరిమాణాన్ని మరియు ఛానల్ కరెంట్ పరిమాణాన్ని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. అందువల్ల, చాలా ఫౌండ్రీలు ఈ దశలో అత్యధిక నాణ్యత, అత్యంత కచ్చితమైన మందం నియంత్రణ మరియు ఉత్తమ ఏకరూపత కోసం ఫర్నేస్ ట్యూబ్ ఆక్సీకరణ పద్ధతిని ఎంచుకుంటాయి. వాస్తవానికి, ఇది చాలా సులభం, అంటే, ఆక్సిజన్ ఉన్న ఫర్నేస్ ట్యూబ్‌లో, అధిక ఉష్ణోగ్రతను ఉపయోగించి ఆక్సిజన్ మరియు సిలికాన్ రసాయనికంగా చర్య జరిపి SiO2 ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఈ విధంగా, కింద చిత్రంలో చూపిన విధంగా Si ఉపరితలంపై SiO2 యొక్క పలుచని పొర ఏర్పడుతుంది.

అయితే, ఇక్కడ ఎన్ని డిగ్రీలు అవసరం, ఎంత ఆక్సిజన్ గాఢత అవసరం, అధిక ఉష్ణోగ్రత ఎంతసేపు అవసరం వంటి చాలా నిర్దిష్ట సమాచారం కూడా ఉంది. మనం ఇప్పుడు వీటిని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం లేదు, అవి చాలా నిర్దిష్టమైనవి.

గేట్ ఎండ్ పాలీ నిర్మాణం:

కానీ ఇది ఇంకా ముగియలేదు. SiO2 అనేది కేవలం ఒక దారంతో సమానం, మరియు అసలైన గేట్ (పాలీ) ఇంకా ప్రారంభం కాలేదు. కాబట్టి మన తదుపరి దశ SiO2 పై పాలీసిలికాన్ పొరను వేయడం (పాలీసిలికాన్ కూడా ఒకే సిలికాన్ మూలకంతో కూడి ఉంటుంది, కానీ దాని లాటిస్ అమరిక భిన్నంగా ఉంటుంది. సబ్‌స్ట్రేట్ సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్‌ను మరియు గేట్ పాలీసిలికాన్‌ను ఎందుకు ఉపయోగిస్తాయో నన్ను అడగకండి. సెమీకండక్టర్ ఫిజిక్స్ అనే పుస్తకం ఉంది. మీరు దాని గురించి తెలుసుకోవచ్చు. అది కొంచెం ఇబ్బందికరమైన విషయమే~). CMOSలో పాలీ కూడా చాలా కీలకమైన అంశం, కానీ పాలీ యొక్క భాగం Si, మరియు SiO2 పెంచినట్లుగా Si సబ్‌స్ట్రేట్‌తో ప్రత్యక్ష చర్య ద్వారా దీనిని ఉత్పత్తి చేయలేము. దీనికి ప్రఖ్యాత CVD (కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్) అవసరం, దీనిలో వాక్యూమ్‌లో రసాయనికంగా చర్య జరిపి, ఉత్పత్తి అయిన వస్తువును వేఫర్‌పై అవక్షేపింపజేస్తారు. ఈ ఉదాహరణలో, ఉత్పత్తి అయిన పదార్థం పాలీసిలికాన్, ఆపై దానిని వేఫర్‌పై అవక్షేపింపజేస్తారు (ఇక్కడ నేను చెప్పాల్సింది ఏమిటంటే, పాలీని CVD ద్వారా ఫర్నేస్ ట్యూబ్‌లో ఉత్పత్తి చేస్తారు, కాబట్టి పాలీ ఉత్పత్తి కేవలం ఒక స్వచ్ఛమైన CVD యంత్రం ద్వారా జరగదు).

కానీ ఈ పద్ధతి ద్వారా ఏర్పడిన పాలిసిలికాన్ మొత్తం వేఫర్‌పై అవక్షేపించబడుతుంది మరియు అవక్షేపణ తర్వాత అది ఈ విధంగా కనిపిస్తుంది.

 

పాలీ మరియు SiO2 బహిర్గతం:

ఈ దశలో, మనం కోరుకున్న నిలువు నిర్మాణం వాస్తవానికి ఏర్పడింది, పైన పాలి, కింద SiO2, మరియు దాని అడుగున సబ్‌స్ట్రేట్ ఉన్నాయి. కానీ ఇప్పుడు మొత్తం వేఫర్ ఈ విధంగా ఉంది, మరియు ఒక నిర్దిష్ట స్థానం మాత్రమే "ఫాసెట్" నిర్మాణంగా ఉండాలి. కాబట్టి మొత్తం ప్రక్రియలో అత్యంత కీలకమైన దశ ఇదే - ఎక్స్‌పోజర్.
మనం మొదట వేఫర్ ఉపరితలంపై ఫోటోరెసిస్ట్ పొరను పూస్తాము, అప్పుడు అది ఈ విధంగా అవుతుంది.

ఆ తర్వాత, నిర్వచించిన మాస్క్‌ను (మాస్క్‌పై సర్క్యూట్ నమూనా నిర్వచించబడింది) దానిపై ఉంచి, చివరగా ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం గల కాంతితో దానిని ప్రకాశింపజేయండి. కాంతి ప్రసరించిన ప్రాంతంలో ఫోటోరెసిస్ట్ క్రియాశీలమవుతుంది. మాస్క్ ద్వారా నిరోధించబడిన ప్రాంతం కాంతి మూలం ద్వారా ప్రకాశించబడదు కాబట్టి, ఈ ఫోటోరెసిస్ట్ భాగం క్రియాశీలమవ్వదు.

యాక్టివేట్ చేయబడిన ఫోటోరెసిస్ట్‌ను ఒక నిర్దిష్ట రసాయన ద్రవంతో సులభంగా కడిగివేయవచ్చు, అయితే యాక్టివేట్ చేయబడని ఫోటోరెసిస్ట్‌ను కడిగివేయలేము కాబట్టి, వికిరణం తర్వాత, యాక్టివేట్ చేయబడిన ఫోటోరెసిస్ట్‌ను కడిగివేయడానికి ఒక నిర్దిష్ట ద్రవాన్ని ఉపయోగిస్తారు, మరియు చివరికి అది ఈ విధంగా తయారవుతుంది, దీనిలో పాలీ మరియు SiO2 నిలుపుకోవాల్సిన చోట ఫోటోరెసిస్ట్‌ను ఉంచి, నిలుపుకోవాల్సిన అవసరం లేని చోట ఫోటోరెసిస్ట్‌ను తొలగిస్తారు.