सेमीकंडक्टर प्रक्रिया प्रवाह

आपण भौतिकशास्त्र किंवा गणिताचा अभ्यास केला नसला तरीही आपण ते समजू शकता, परंतु ते थोडेसे सोपे आणि नवशिक्यांसाठी योग्य आहे. जर तुम्हाला CMOS बद्दल अधिक जाणून घ्यायचे असेल, तर तुम्हाला या अंकातील मजकूर वाचावा लागेल, कारण प्रक्रिया प्रवाह (म्हणजे डायोडची निर्मिती प्रक्रिया) समजून घेतल्यावरच तुम्ही पुढील सामग्री समजून घेणे सुरू ठेवू शकता. मग या अंकात फाउंड्री कंपनीमध्ये हे CMOS कसे तयार केले जाते ते जाणून घेऊया (उदाहरणार्थ, प्रगत प्रक्रियेची CMOS रचना आणि उत्पादन तत्त्वात भिन्न आहे).

सर्वप्रथम, तुम्हाला हे माहित असणे आवश्यक आहे की फाउंड्रीला पुरवठादाराकडून मिळणारे वेफर्स (सिलिकॉन वेफरपुरवठादार) 200 मिमीच्या त्रिज्यासह एक-एक करत आहेत (8-इंचकारखाना) किंवा 300 मिमी (12-इंचकारखाना). खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, हे प्रत्यक्षात मोठ्या केकसारखे आहे, ज्याला आपण सब्सट्रेट म्हणतो.

मात्र, त्याकडे अशा प्रकारे पाहणे आपल्यासाठी सोयीचे नाही. आम्ही तळापासून वर पाहतो आणि क्रॉस-सेक्शनल दृश्याकडे पाहतो, जे खालील आकृती बनते.

पुढे, CMOS मॉडेल कसे दिसते ते पाहू. वास्तविक प्रक्रियेसाठी हजारो पायऱ्यांची आवश्यकता असल्याने, मी येथे सर्वात सोप्या 8-इंच वेफरच्या मुख्य चरणांबद्दल बोलेन.

 

 

विहीर आणि उलटा स्तर तयार करणे:

म्हणजेच, विहीर आयन इम्प्लांटेशनद्वारे सब्सट्रेटमध्ये रोपण केली जाते (आयन इम्प्लांटेशन, यापुढे imp म्हणून संदर्भित). जर तुम्हाला NMOS बनवायचे असेल तर तुम्हाला P-प्रकारच्या विहिरी रोपण कराव्या लागतील. जर तुम्हाला पीएमओएस बनवायचे असेल तर तुम्हाला एन-टाईप विहिरी रोपण करणे आवश्यक आहे. तुमच्या सोयीसाठी, NMOS चे उदाहरण घेऊ. आयन इम्प्लांटेशन मशीन पी-प्रकारचे घटक एका विशिष्ट खोलीपर्यंत सब्सट्रेटमध्ये रोपण करण्यासाठी रोपण करते, आणि नंतर हे आयन सक्रिय करण्यासाठी आणि त्यांच्या सभोवती पसरवण्यासाठी त्यांना भट्टीच्या नळीमध्ये उच्च तापमानात गरम करते. यामुळे विहिरीचे उत्पादन पूर्ण होते. उत्पादन पूर्ण झाल्यानंतर असे दिसते.

विहीर बनवल्यानंतर, इतर आयन इम्प्लांटेशन पायऱ्या आहेत, ज्याचा उद्देश चॅनेलचा आकार आणि थ्रेशोल्ड व्होल्टेज नियंत्रित करणे आहे. प्रत्येकजण याला इन्व्हर्शन लेयर म्हणू शकतो. जर तुम्हाला एनएमओएस बनवायचा असेल तर, इनव्हर्शन लेयर पी-टाइप आयनसह प्रत्यारोपित केला जातो आणि जर तुम्हाला पीएमओएस बनवायचा असेल तर, इनव्हर्शन लेयर एन-टाइप आयनसह रोपण केले जाते. रोपण केल्यानंतर, ते खालील मॉडेल आहे.

येथे बरीच सामग्री आहे, जसे की उर्जा, कोन, आयन रोपण दरम्यान आयन एकाग्रता इत्यादी, ज्याचा या अंकात समावेश नाही, आणि माझा विश्वास आहे की जर तुम्हाला त्या गोष्टी माहित असतील तर तुम्ही एक अंतर्भूत असणे आवश्यक आहे आणि तुम्ही त्यांना शिकण्याचा मार्ग असावा.

 

SiO2 बनवणे:

सिलिकॉन डायऑक्साइड (SiO2, यापुढे ऑक्साइड म्हणून संदर्भित) नंतर तयार केले जाईल. CMOS उत्पादन प्रक्रियेत, ऑक्साईड बनविण्याचे अनेक मार्ग आहेत. येथे, SiO2 गेटच्या खाली वापरला जातो आणि त्याची जाडी थेट थ्रेशोल्ड व्होल्टेजच्या आकारावर आणि चॅनेलच्या प्रवाहाच्या आकारावर परिणाम करते. म्हणून, बहुतेक फाउंड्री फर्नेस ट्यूब ऑक्सिडेशन पद्धत उच्च दर्जाची, सर्वात अचूक जाडी नियंत्रण आणि या टप्प्यावर सर्वोत्तम एकरूपतेसह निवडतात. खरं तर, हे अगदी सोपे आहे, म्हणजे, ऑक्सिजन असलेल्या भट्टीच्या नळीमध्ये, ऑक्सिजन आणि सिलिकॉनला SiO2 तयार करण्यासाठी रासायनिक प्रतिक्रिया देण्यासाठी उच्च तापमान वापरले जाते. अशा प्रकारे SiO2 चा पातळ थर Si च्या पृष्ठभागावर निर्माण होतो, खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे.

अर्थात, येथे बरीच विशिष्ट माहिती देखील आहे, जसे की किती अंशांची आवश्यकता आहे, किती ऑक्सिजनची एकाग्रता आवश्यक आहे, उच्च तापमान किती काळ आवश्यक आहे, इत्यादी. या गोष्टी आपण आता विचारात घेत नाही, त्या आहेत खूप विशिष्ट.

गेट एंड पॉलीची निर्मिती:

पण ती अजून संपलेली नाही. SiO2 फक्त थ्रेडच्या समतुल्य आहे आणि वास्तविक गेट (पॉली) अद्याप सुरू झालेला नाही. तर आमची पुढची पायरी म्हणजे SiO2 वर पॉलिसिलिकॉनचा थर घालणे (पॉलीसिलिकॉन देखील एकाच सिलिकॉन घटकाने बनलेला आहे, परंतु जाळीची मांडणी वेगळी आहे. सब्सट्रेट सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन का वापरतो आणि गेट पॉलिसिलिकॉन का वापरतो हे मला विचारू नका. हे सेमीकंडक्टर फिजिक्स नावाचे पुस्तक आहे. पॉली हा CMOS मध्ये देखील एक अतिशय महत्त्वाचा दुवा आहे, परंतु पॉलीचा घटक Si आहे आणि तो SiO2 वाढण्यासारख्या Si सब्सट्रेटच्या थेट प्रतिक्रियेद्वारे व्युत्पन्न केला जाऊ शकत नाही. यासाठी पौराणिक CVD (केमिकल वाष्प निक्षेप) आवश्यक आहे, जे व्हॅक्यूममध्ये रासायनिक प्रतिक्रिया देते आणि वेफरवर व्युत्पन्न केलेल्या वस्तूचा अवक्षेप करते. या उदाहरणात, व्युत्पन्न केलेला पदार्थ पॉलीसिलिकॉन आहे, आणि नंतर वेफरवर प्रक्षेपित केला जातो (येथे मला असे म्हणायचे आहे की पॉली भट्टीच्या नळीमध्ये CVD द्वारे तयार होते, म्हणून पॉलीची निर्मिती शुद्ध CVD मशीनद्वारे केली जात नाही).

परंतु या पद्धतीने तयार झालेला पॉलिसिलिकॉन संपूर्ण वेफरवर अवक्षेपित होईल आणि वर्षाव झाल्यानंतर असे दिसते.

 

पॉली आणि SiO2 चे एक्सपोजर:

या पायरीवर, आपल्याला हवी असलेली उभी रचना प्रत्यक्षात तयार झाली आहे, ज्याच्या वरच्या बाजूला पॉली, तळाशी SiO2 आणि तळाशी सब्सट्रेट आहे. परंतु आता संपूर्ण वेफर असे आहे, आणि आम्हाला फक्त "तोटी" रचना होण्यासाठी विशिष्ट स्थितीची आवश्यकता आहे. त्यामुळे संपूर्ण प्रक्रियेत सर्वात गंभीर टप्पा आहे - एक्सपोजर.
आम्ही प्रथम वेफरच्या पृष्ठभागावर फोटोरेसिस्टचा थर पसरवतो आणि ते असे होते.

मग त्यावर परिभाषित मास्क (मास्कवर सर्किट पॅटर्न परिभाषित केला आहे) ठेवा आणि शेवटी विशिष्ट तरंगलांबीच्या प्रकाशाने ते विकिरण करा. विकिरणित भागात फोटोरेसिस्ट सक्रिय होईल. मुखवटाद्वारे अवरोधित केलेले क्षेत्र प्रकाश स्त्रोताद्वारे प्रकाशित होत नसल्यामुळे, फोटोरेसिस्टचा हा भाग सक्रिय होत नाही.

सक्रिय फोटोरेसिस्ट विशिष्ट रासायनिक द्रवाने धुणे विशेषतः सोपे असल्याने, सक्रिय न केलेले फोटोरेसिस्ट धुतले जाऊ शकत नाही, विकिरणानंतर, सक्रिय फोटोरेसिस्ट धुण्यासाठी एक विशिष्ट द्रव वापरला जातो आणि शेवटी ते असे होते, ज्यामुळे ते बाहेर पडते. फोटोरेसिस्ट जेथे पॉली आणि SiO2 राखून ठेवण्याची गरज आहे, आणि फोटोरेसिस्ट काढून टाकणे जेथे ते ठेवण्याची आवश्यकता नाही.