સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા પ્રવાહ

જો તમે ક્યારેય ભૌતિકશાસ્ત્ર અથવા ગણિતનો અભ્યાસ કર્યો ન હોય તો પણ તમે તેને સમજી શકો છો, પરંતુ તે થોડું ખૂબ સરળ અને નવા નિશાળીયા માટે યોગ્ય છે. જો તમે CMOS વિશે વધુ જાણવા માંગતા હો, તો તમારે આ મુદ્દાની સામગ્રી વાંચવી પડશે, કારણ કે પ્રક્રિયાના પ્રવાહને (એટલે ​​કે, ડાયોડની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા) સમજ્યા પછી જ તમે નીચેની સામગ્રીને સમજવાનું ચાલુ રાખી શકો છો. તો ચાલો આ અંકમાં ફાઉન્ડ્રી કંપનીમાં આ CMOS કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે તે વિશે જાણીએ (ઉદાહરણ તરીકે અદ્યતન પ્રક્રિયાની CMOS રચના અને ઉત્પાદન સિદ્ધાંતમાં અલગ છે).

સૌ પ્રથમ, તમારે જાણવું જોઈએ કે ફાઉન્ડ્રીને સપ્લાયર પાસેથી વેફર્સ મળે છે (સિલિકોન વેફરસપ્લાયર) એક પછી એક છે, જેની ત્રિજ્યા 200mm (8-ઇંચફેક્ટરી) અથવા 300 મીમી (12-ઇંચફેક્ટરી). નીચેની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, તે વાસ્તવમાં મોટા કેક જેવું જ છે, જેને આપણે સબસ્ટ્રેટ કહીએ છીએ.

જો કે, આ રીતે જોવાનું આપણા માટે અનુકૂળ નથી. અમે નીચેથી ઉપર જોઈએ છીએ અને ક્રોસ-વિભાગીય દૃશ્યને જોઈએ છીએ, જે નીચેની આકૃતિ બને છે.

આગળ, ચાલો જોઈએ કે CMOS મોડેલ કેવી રીતે દેખાય છે. વાસ્તવિક પ્રક્રિયામાં હજારો પગલાંની જરૂર હોવાથી, હું અહીં સૌથી સરળ 8-ઇંચ વેફરના મુખ્ય પગલાં વિશે વાત કરીશ.

 

વેલ અને ઇન્વર્ઝન લેયર બનાવવું:
એટલે કે, આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન દ્વારા કૂવાને સબસ્ટ્રેટમાં રોપવામાં આવે છે. જો તમે NMOS બનાવવા માંગો છો, તો તમારે પી-ટાઈપ કુવાઓ રોપવાની જરૂર છે. જો તમે PMOS બનાવવા માંગો છો, તો તમારે N-ટાઈપ કુવાઓ રોપવાની જરૂર છે. તમારી સુવિધા માટે, ચાલો ઉદાહરણ તરીકે NMOS લઈએ. આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન મશીન પી-પ્રકારના તત્વોને સબસ્ટ્રેટમાં ચોક્કસ ઊંડાણ સુધી રોપવામાં આવે છે, અને પછી આ આયનોને સક્રિય કરવા અને તેમને આસપાસ ફેલાવવા માટે તેમને ભઠ્ઠી નળીમાં ઊંચા તાપમાને ગરમ કરે છે. આ કૂવાનું ઉત્પાદન પૂર્ણ કરે છે. ઉત્પાદન પૂર્ણ થયા પછી તે આના જેવું લાગે છે.

કૂવો બનાવ્યા પછી, અન્ય આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન પગલાં છે, જેનો હેતુ ચેનલ વર્તમાન અને થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજના કદને નિયંત્રિત કરવાનો છે. દરેક વ્યક્તિ તેને વ્યુત્ક્રમ સ્તર કહી શકે છે. જો તમે NMOS બનાવવા માંગો છો, તો ઈન્વર્ઝન લેયરને P-ટાઈપ આયનો સાથે ઈમ્પ્લાન્ટ કરવામાં આવે છે, અને જો તમે PMOS બનાવવા ઈચ્છો છો, તો ઈન્વર્ઝન લેયરને N-ટાઈપ આયનો સાથે ઈમ્પ્લાન્ટ કરવામાં આવે છે. ઇમ્પ્લાન્ટેશન પછી, તે નીચેનું મોડેલ છે.

અહીં ઘણી બધી સામગ્રીઓ છે, જેમ કે ઊર્જા, કોણ, આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન દરમિયાન આયનની સાંદ્રતા, વગેરે, જે આ મુદ્દામાં સમાવિષ્ટ નથી, અને હું માનું છું કે જો તમે તે બાબતો જાણતા હોવ, તો તમારે આંતરિક હોવું જ જોઈએ, અને તમે તેમને શીખવાની રીત હોવી જોઈએ.

SiO2 બનાવવું:
સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ (SiO2, હવે પછી ઓક્સાઇડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) પાછળથી બનાવવામાં આવશે. CMOS ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, ઓક્સાઇડ બનાવવાની ઘણી રીતો છે. અહીં, SiO2 નો ઉપયોગ ગેટ હેઠળ થાય છે, અને તેની જાડાઈ થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજના કદ અને ચેનલ વર્તમાનના કદને સીધી અસર કરે છે. તેથી, મોટાભાગની ફાઉન્ડ્રી આ તબક્કે ઉચ્ચતમ ગુણવત્તા, સૌથી ચોક્કસ જાડાઈ નિયંત્રણ અને શ્રેષ્ઠ એકરૂપતા સાથે ફર્નેસ ટ્યુબ ઓક્સિડેશન પદ્ધતિ પસંદ કરે છે. વાસ્તવમાં, તે ખૂબ જ સરળ છે, એટલે કે, ઓક્સિજન સાથેની ભઠ્ઠી નળીમાં, ઉચ્ચ તાપમાનનો ઉપયોગ ઓક્સિજન અને સિલિકોનને રાસાયણિક રીતે SiO2 પેદા કરવા માટે પરવાનગી આપવા માટે કરવામાં આવે છે. આ રીતે, SiO2 નું પાતળું પડ Si ની સપાટી પર ઉત્પન્ન થાય છે, જે નીચેની આકૃતિમાં બતાવેલ છે.

અલબત્ત, અહીં ઘણી ચોક્કસ માહિતી પણ છે, જેમ કે કેટલી ડિગ્રીની જરૂર છે, ઓક્સિજનની કેટલી સાંદ્રતાની જરૂર છે, ઊંચા તાપમાને કેટલા સમય માટે જરૂરી છે, વગેરે. આ તે નથી જે આપણે અત્યારે ધ્યાનમાં લઈ રહ્યા છીએ, તે છે. ખૂબ ચોક્કસ.
ગેટ એન્ડ પોલીની રચના:
પરંતુ તે હજી સમાપ્ત થયું નથી. SiO2 માત્ર થ્રેડની સમકક્ષ છે, અને વાસ્તવિક દરવાજો (Poly) હજી શરૂ થયો નથી. તેથી અમારું આગલું પગલું SiO2 પર પોલિસીલિકોનનું સ્તર નાખવાનું છે (પોલીસિલિકોન પણ એક સિલિકોન તત્વથી બનેલું છે, પરંતુ જાળીની ગોઠવણી અલગ છે. મને પૂછશો નહીં કે સબસ્ટ્રેટ સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોનનો ઉપયોગ કરે છે અને ગેટ પોલિસિલિકનનો ઉપયોગ કરે છે. ત્યાં સેમિકન્ડક્ટર ફિઝિક્સ નામનું એક પુસ્તક છે જે તમે તેના વિશે જાણી શકો છો. CMOS માં પોલી એ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ કડી પણ છે, પરંતુ પોલીનું ઘટક Si છે, અને તે SiO2 જેવા Si સબસ્ટ્રેટ સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા દ્વારા પેદા કરી શકાતું નથી. આ માટે સુપ્રસિદ્ધ CVD (કેમિકલ વેપર ડિપોઝિશન) ની જરૂર છે, જે વેક્યૂમમાં રાસાયણિક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને વેફર પર પેદા થયેલી વસ્તુને અવક્ષેપિત કરે છે. આ ઉદાહરણમાં, પેદા થયેલ પદાર્થ પોલિસિલિકોન છે, અને પછી વેફર પર અવક્ષેપિત થાય છે (અહીં મારે કહેવું છે કે પોલી સીવીડી દ્વારા ફર્નેસ ટ્યુબમાં ઉત્પન્ન થાય છે, તેથી પોલીનું ઉત્પાદન શુદ્ધ સીવીડી મશીન દ્વારા કરવામાં આવતું નથી).

પરંતુ આ પદ્ધતિ દ્વારા રચાયેલ પોલિસિલિકોન સમગ્ર વેફર પર અવક્ષેપિત થશે, અને તે વરસાદ પછી આના જેવું દેખાય છે.

પોલી અને SiO2 નું એક્સપોઝર:
આ સ્ટેપ પર, આપણે જે વર્ટિકલ સ્ટ્રક્ચર જોઈએ છે તે ખરેખર બનાવવામાં આવ્યું છે, જેમાં ટોચ પર પોલી, નીચે SiO2 અને તળિયે સબસ્ટ્રેટ છે. પરંતુ હવે આખું વેફર આના જેવું છે, અને અમને ફક્ત "નળ" માળખું બનવા માટે ચોક્કસ સ્થિતિની જરૂર છે. તેથી સમગ્ર પ્રક્રિયામાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ પગલું છે - એક્સપોઝર.
અમે સૌપ્રથમ વેફરની સપાટી પર ફોટોરેસિસ્ટનું સ્તર ફેલાવીએ છીએ, અને તે આના જેવું બને છે.

પછી તેના પર નિર્ધારિત માસ્ક (માસ્ક પર સર્કિટ પેટર્ન વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવી છે) મૂકો, અને અંતે તેને ચોક્કસ તરંગલંબાઇના પ્રકાશથી ઇરેડિયેટ કરો. ઇરેડિયેટેડ વિસ્તારમાં ફોટોરેસિસ્ટ સક્રિય થશે. માસ્ક દ્વારા અવરોધિત વિસ્તાર પ્રકાશ સ્ત્રોત દ્વારા પ્રકાશિત થતો ન હોવાથી, ફોટોરેસિસ્ટનો આ ભાગ સક્રિય થતો નથી.

સક્રિય ફોટોરેસિસ્ટને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રવાહી દ્વારા ધોવાનું ખાસ કરીને સરળ હોવાથી, જ્યારે બિનસક્રિય ન કરાયેલ ફોટોરેસિસ્ટને ધોઈ શકાતું નથી, ત્યારે ઇરેડિયેશન પછી, સક્રિય ફોટોરેસિસ્ટને ધોવા માટે ચોક્કસ પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, અને અંતે તે આના જેવું બને છે, જે બહાર નીકળી જાય છે. ફોટોરેસીસ્ટ જ્યાં પોલી અને SiO2 ને જાળવી રાખવાની જરૂર છે, અને જ્યાં તેને જાળવી રાખવાની જરૂર નથી ત્યાં ફોટોરેસીસ્ટને દૂર કરવું.