సెమీకండక్టర్ ప్రక్రియ ప్రవాహం

మీరు భౌతిక శాస్త్రం లేదా గణిత శాస్త్రాన్ని ఎన్నడూ అధ్యయనం చేయకపోయినా మీరు దానిని అర్థం చేసుకోవచ్చు, కానీ ఇది కొంచెం సరళమైనది మరియు ప్రారంభకులకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. మీరు CMOS గురించి మరింత తెలుసుకోవాలనుకుంటే, మీరు ఈ సమస్య యొక్క కంటెంట్‌ను చదవాలి, ఎందుకంటే ప్రక్రియ ప్రవాహాన్ని (అంటే డయోడ్ ఉత్పత్తి ప్రక్రియ) అర్థం చేసుకున్న తర్వాత మాత్రమే మీరు క్రింది కంటెంట్‌ను అర్థం చేసుకోవడం కొనసాగించవచ్చు. అప్పుడు ఫౌండ్రీ కంపెనీలో ఈ CMOS ఎలా ఉత్పత్తి చేయబడుతుందో ఈ సంచికలో తెలుసుకుందాం (అధునాతన ప్రక్రియను ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, అధునాతన ప్రక్రియ యొక్క CMOS నిర్మాణం మరియు ఉత్పత్తి సూత్రంలో భిన్నంగా ఉంటుంది).

అన్నింటిలో మొదటిది, సరఫరాదారు నుండి ఫౌండ్రీ పొందే పొరలు అని మీరు తెలుసుకోవాలి (సిలికాన్ పొరసరఫరాదారు) ఒక్కొక్కటిగా, 200mm వ్యాసార్థంతో (8-అంగుళాలఫ్యాక్టరీ) లేదా 300 మిమీ (12-అంగుళాలఫ్యాక్టరీ). దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఇది నిజానికి ఒక పెద్ద కేక్‌ని పోలి ఉంటుంది, దీనిని మనం సబ్‌స్ట్రేట్ అని పిలుస్తాము.

అయితే, ఈ విధంగా చూడటం మాకు అనుకూలమైనది కాదు. మేము దిగువ నుండి పైకి చూస్తాము మరియు క్రాస్ సెక్షనల్ వీక్షణను చూస్తాము, ఇది క్రింది వ్యక్తిగా మారుతుంది.

తరువాత, CMOS మోడల్ ఎలా కనిపిస్తుందో చూద్దాం. వాస్తవ ప్రక్రియకు వేలాది దశలు అవసరం కాబట్టి, నేను ఇక్కడ సరళమైన 8-అంగుళాల పొర యొక్క ప్రధాన దశల గురించి మాట్లాడతాను.

 

మేకింగ్ వెల్ మరియు ఇన్వర్షన్ లేయర్:
అంటే, బావిని అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ ద్వారా సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి అమర్చారు (అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్, ఇకపై ఇంప్ అని పిలుస్తారు). మీరు NMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, మీరు P- రకం బావులను అమర్చాలి. మీరు PMOS తయారు చేయాలనుకుంటే, మీరు N-రకం బావులను అమర్చాలి. మీ సౌలభ్యం కోసం, NMOS ని ఉదాహరణగా తీసుకుందాం. అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ మెషిన్ P-రకం మూలకాలను ఒక నిర్దిష్ట లోతు వరకు సబ్‌స్ట్రేట్‌లోకి అమర్చడానికి ఇంప్లాంట్ చేస్తుంది, ఆపై ఈ అయాన్‌లను సక్రియం చేయడానికి మరియు వాటిని చుట్టూ విస్తరించడానికి ఫర్నేస్ ట్యూబ్‌లోని అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాటిని వేడి చేస్తుంది. ఇది బావి ఉత్పత్తిని పూర్తి చేస్తుంది. ప్రొడక్షన్ పూర్తయిన తర్వాత ఇది కనిపిస్తుంది.

బావిని తయారు చేసిన తర్వాత, ఇతర అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ దశలు ఉన్నాయి, దీని ఉద్దేశ్యం ఛానల్ కరెంట్ మరియు థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ పరిమాణాన్ని నియంత్రించడం. ప్రతి ఒక్కరూ దీనిని విలోమ పొర అని పిలుస్తారు. మీరు NMOSని తయారు చేయాలనుకుంటే, విలోమ పొరను P-రకం అయాన్‌లతో అమర్చారు మరియు మీరు PMOSను తయారు చేయాలనుకుంటే, విలోమ పొర N-రకం అయాన్‌లతో అమర్చబడుతుంది. ఇంప్లాంటేషన్ తర్వాత, ఇది క్రింది మోడల్.

అయాన్ ఇంప్లాంటేషన్ సమయంలో శక్తి, కోణం, అయాన్ ఏకాగ్రత వంటి చాలా విషయాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి, ఈ సంచికలో చేర్చబడలేదు మరియు మీకు ఆ విషయాలు తెలిస్తే, మీరు తప్పనిసరిగా అంతర్గతంగా ఉంటారని నేను నమ్ముతున్నాను మరియు మీరు వాటిని నేర్చుకోవడానికి ఒక మార్గం ఉండాలి.

SiO2 తయారు చేయడం:
సిలికాన్ డయాక్సైడ్ (SiO2, ఇకపై ఆక్సైడ్‌గా సూచించబడుతుంది) తర్వాత తయారు చేయబడుతుంది. CMOS ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో, ఆక్సైడ్ చేయడానికి అనేక మార్గాలు ఉన్నాయి. ఇక్కడ, SiO2 గేట్ కింద ఉపయోగించబడుతుంది మరియు దాని మందం నేరుగా థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ పరిమాణాన్ని మరియు ఛానల్ కరెంట్ పరిమాణాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. అందువల్ల, చాలా ఫౌండరీలు ఈ దశలో అత్యధిక నాణ్యత, అత్యంత ఖచ్చితమైన మందం నియంత్రణ మరియు ఉత్తమ ఏకరూపతతో ఫర్నేస్ ట్యూబ్ ఆక్సీకరణ పద్ధతిని ఎంచుకుంటాయి. వాస్తవానికి, ఇది చాలా సులభం, అంటే ఆక్సిజన్‌తో కూడిన కొలిమి గొట్టంలో, SiO2ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఆక్సిజన్ మరియు సిలికాన్ రసాయనికంగా స్పందించడానికి అధిక ఉష్ణోగ్రత ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ విధంగా, దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా Si యొక్క ఉపరితలంపై SiO2 యొక్క పలుచని పొర ఏర్పడుతుంది.

వాస్తవానికి, ఇక్కడ ఎన్ని డిగ్రీలు అవసరం, ఆక్సిజన్ ఏకాగ్రత ఎంత అవసరం, అధిక ఉష్ణోగ్రత ఎంతకాలం అవసరం, మొదలైనవి వంటి నిర్దిష్ట సమాచారం కూడా చాలా ఉంది. ఇప్పుడు మనం పరిశీలిస్తున్నది కాదు, అవి చాలా నిర్దిష్టంగా.
గేట్ ఎండ్ పాలీ ఏర్పాటు:
కానీ అది ఇంకా ముగియలేదు. SiO2 కేవలం థ్రెడ్‌కి సమానం మరియు నిజమైన గేట్ (Poly) ఇంకా ప్రారంభించబడలేదు. కాబట్టి మా తదుపరి దశ SiO2పై పాలీసిలికాన్ పొరను వేయడం (పాలిసిలికాన్ కూడా ఒకే సిలికాన్ మూలకంతో కూడి ఉంటుంది, కానీ లాటిస్ అమరిక భిన్నంగా ఉంటుంది. సబ్‌స్ట్రేట్ సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్‌ను ఎందుకు ఉపయోగిస్తుంది మరియు గేట్ పాలిసిలికాన్‌ను ఎందుకు ఉపయోగిస్తుందని నన్ను అడగవద్దు. అక్కడ సెమీకండక్టర్ ఫిజిక్స్ అనే పుస్తకం మీకు ఇబ్బందికరంగా ఉంటుంది. CMOSలో పాలీ కూడా చాలా క్లిష్టమైన లింక్, కానీ పాలీ యొక్క భాగం Si, మరియు పెరుగుతున్న SiO2 వంటి Si సబ్‌స్ట్రేట్‌తో ప్రత్యక్ష ప్రతిచర్య ద్వారా ఇది ఉత్పత్తి చేయబడదు. దీనికి లెజెండరీ CVD (రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ) అవసరం, ఇది శూన్యంలో రసాయనికంగా స్పందించడం మరియు పొరపై ఉత్పత్తి చేయబడిన వస్తువును అవక్షేపించడం. ఈ ఉదాహరణలో, ఉత్పత్తి చేయబడిన పదార్ధం పాలీసిలికాన్, ఆపై పొరపై అవక్షేపించబడుతుంది (ఇక్కడ నేను CVD ద్వారా ఫర్నేస్ ట్యూబ్‌లో పాలీ ఉత్పత్తి చేయబడుతుందని చెప్పాలి, కాబట్టి పాలీ యొక్క ఉత్పత్తి స్వచ్ఛమైన CVD యంత్రం ద్వారా జరగదు).

కానీ ఈ పద్ధతి ద్వారా ఏర్పడిన పాలీసిలికాన్ మొత్తం పొరపై అవక్షేపించబడుతుంది మరియు అవపాతం తర్వాత ఇది ఇలా కనిపిస్తుంది.

Poly మరియు SiO2 యొక్క బహిర్గతం:
ఈ దశలో, పైన పాలీ, దిగువన SiO2 మరియు దిగువన ఉపరితలంతో మనకు కావలసిన నిలువు నిర్మాణం వాస్తవానికి ఏర్పడింది. కానీ ఇప్పుడు మొత్తం పొర ఇలా ఉంది మరియు మనకు "కొళాయి" నిర్మాణంగా ఉండటానికి ఒక నిర్దిష్ట స్థానం మాత్రమే అవసరం. కాబట్టి మొత్తం ప్రక్రియలో అత్యంత క్లిష్టమైన దశ ఉంది - బహిర్గతం.
మేము మొదట పొర యొక్క ఉపరితలంపై ఫోటోరేసిస్ట్ పొరను వ్యాప్తి చేస్తాము మరియు ఇది ఇలా అవుతుంది.

ఆపై నిర్వచించిన మాస్క్‌ను (మాస్క్‌పై సర్క్యూట్ నమూనా నిర్వచించబడింది) ఉంచండి మరియు చివరికి దానిని నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క కాంతితో వికిరణం చేయండి. రేడియేషన్ ప్రాంతంలో ఫోటోరేసిస్ట్ సక్రియం అవుతుంది. ముసుగు ద్వారా నిరోధించబడిన ప్రాంతం కాంతి మూలం ద్వారా ప్రకాశింపబడనందున, ఫోటోరేసిస్ట్ యొక్క ఈ భాగం సక్రియం చేయబడదు.

యాక్టివేట్ చేయబడిన ఫోటోరేసిస్ట్ ఒక నిర్దిష్ట రసాయన ద్రవంతో కడిగివేయబడటం చాలా సులభం కనుక, సక్రియం చేయని ఫోటోరేసిస్ట్‌ను కడిగివేయలేము, రేడియేషన్ తర్వాత, యాక్టివేట్ చేయబడిన ఫోటోరేసిస్ట్‌ను కడగడానికి ఒక నిర్దిష్ట ద్రవాన్ని ఉపయోగిస్తారు మరియు చివరికి అది ఇలా మారుతుంది Poly మరియు SiO2 నిలుపుకోవాల్సిన చోట ఫోటోరేసిస్ట్, మరియు ఫోటోరేసిస్ట్‌ని నిలుపుకోవాల్సిన అవసరం లేని చోట తీసివేయడం.