سیمی کنڈکٹر عمل کا بہاؤ

آپ اسے سمجھ سکتے ہیں یہاں تک کہ اگر آپ نے کبھی فزکس یا ریاضی کا مطالعہ نہیں کیا ہے، لیکن یہ تھوڑا بہت آسان اور ابتدائیوں کے لیے موزوں ہے۔ اگر آپ CMOS کے بارے میں مزید جاننا چاہتے ہیں، تو آپ کو اس شمارے کا مواد پڑھنا ہوگا، کیونکہ عمل کے بہاؤ (یعنی ڈائیوڈ کی پیداوار کے عمل) کو سمجھنے کے بعد ہی آپ درج ذیل مواد کو سمجھنا جاری رکھ سکتے ہیں۔ پھر آئیے اس شمارے میں فاؤنڈری کمپنی میں اس CMOS کو کیسے تیار کیا جاتا ہے اس کے بارے میں جانتے ہیں (مثال کے طور پر غیر اعلی درجے کے عمل کو لے کر، اعلی درجے کے عمل کا CMOS ساخت اور پیداوار کے اصول میں مختلف ہے)۔

سب سے پہلے، آپ کو معلوم ہونا چاہیے کہ فاؤنڈری کو سپلائی کرنے والے سے جو ویفر ملتے ہیں (سلکان ویفرسپلائر) ایک ایک کر کے ہیں، جس کا رداس 200 ملی میٹر ہے (8 انچفیکٹری) یا 300 ملی میٹر (12 انچفیکٹری)۔ جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے، یہ دراصل ایک بڑے کیک سے ملتا جلتا ہے، جسے ہم سبسٹریٹ کہتے ہیں۔

تاہم، اس کو اس طرح دیکھنا ہمارے لیے آسان نہیں ہے۔ ہم نیچے سے اوپر دیکھتے ہیں اور کراس سیکشنل ویو کو دیکھتے ہیں، جو مندرجہ ذیل شکل بنتا ہے۔

اگلا، آئیے دیکھتے ہیں کہ CMOS ماڈل کیسے ظاہر ہوتا ہے۔ چونکہ اصل عمل میں ہزاروں مراحل کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے میں یہاں سب سے آسان 8 انچ ویفر کے اہم مراحل کے بارے میں بات کروں گا۔

 

کنویں اور الٹی پرت بنانا:
یعنی کنویں کو آئن امپلانٹیشن کے ذریعے سبسٹریٹ میں لگایا جاتا ہے (آئن امپلانٹیشن، اس کے بعد اسے imp کہا جاتا ہے)۔ اگر آپ NMOS بنانا چاہتے ہیں تو آپ کو پی قسم کے کنویں لگانے کی ضرورت ہے۔ اگر آپ پی ایم او ایس بنانا چاہتے ہیں تو آپ کو این قسم کے کنویں لگانے کی ضرورت ہے۔ آپ کی سہولت کے لیے، آئیے NMOS کو بطور مثال لیتے ہیں۔ آئن امپلانٹیشن مشین P قسم کے عناصر کو ایک مخصوص گہرائی تک سبسٹریٹ میں لگانے کے لیے امپلانٹ کرتی ہے، اور پھر ان آئنوں کو چالو کرنے اور ان کے ارد گرد پھیلانے کے لیے انہیں فرنس ٹیوب میں اعلی درجہ حرارت پر گرم کرتی ہے۔ اس سے کنویں کی پیداوار مکمل ہو جاتی ہے۔ پیداوار مکمل ہونے کے بعد ایسا لگتا ہے۔

کنواں بنانے کے بعد، آئن امپلانٹیشن کے دیگر مراحل ہیں، جن کا مقصد چینل کرنٹ اور تھریشولڈ وولٹیج کے سائز کو کنٹرول کرنا ہے۔ ہر کوئی اسے الٹی پرت کہہ سکتا ہے۔ اگر آپ این ایم او ایس بنانا چاہتے ہیں تو الٹی پرت کو پی قسم کے آئنوں کے ساتھ لگایا جاتا ہے، اور اگر آپ پی ایم او ایس بنانا چاہتے ہیں تو الٹی پرت کو این قسم کے آئنوں کے ساتھ لگایا جاتا ہے۔ امپلانٹیشن کے بعد، یہ مندرجہ ذیل ماڈل ہے.

یہاں بہت سارے مشمولات ہیں، جیسے کہ توانائی، زاویہ، آئن لگانے کے دوران آئن کا ارتکاز وغیرہ، جو اس شمارے میں شامل نہیں ہیں، اور میرا ماننا ہے کہ اگر آپ ان چیزوں کو جانتے ہیں، تو آپ کو ایک اندرونی ہونا چاہیے، اور آپ ان کو سیکھنے کا ایک طریقہ ہونا چاہیے۔

SiO2 بنانا:
سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2، بعد میں آکسائیڈ کہا جاتا ہے) بعد میں بنایا جائے گا۔ CMOS کی پیداوار کے عمل میں، آکسائیڈ بنانے کے بہت سے طریقے ہیں۔ یہاں، SiO2 کو گیٹ کے نیچے استعمال کیا جاتا ہے، اور اس کی موٹائی براہ راست تھریشولڈ وولٹیج کے سائز اور چینل کرنٹ کے سائز کو متاثر کرتی ہے۔ اس لیے، زیادہ تر فاؤنڈریز فرنس ٹیوب آکسیڈیشن کے طریقہ کار کا انتخاب اعلیٰ ترین معیار، موٹائی کے عین مطابق کنٹرول، اور اس مرحلے پر بہترین یکسانیت کے ساتھ کرتی ہیں۔ درحقیقت، یہ بہت آسان ہے، یعنی آکسیجن والی فرنس ٹیوب میں، اعلی درجہ حرارت کا استعمال آکسیجن اور سلکان کو کیمیائی طور پر رد عمل ظاہر کرنے کے لیے SiO2 پیدا کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ اس طرح، SiO2 کی ایک پتلی تہہ Si کی سطح پر پیدا ہوتی ہے، جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے۔

بلاشبہ، یہاں بہت سی مخصوص معلومات بھی ہیں، جیسے کہ کتنی ڈگریوں کی ضرورت ہے، آکسیجن کی کتنی مقدار کی ضرورت ہے، زیادہ درجہ حرارت کی کتنی دیر تک ضرورت ہے، وغیرہ۔ یہ وہ نہیں ہیں جن پر ہم ابھی غور کر رہے ہیں، وہ ہیں۔ بہت مخصوص.
گیٹ اینڈ پولی کی تشکیل:
لیکن یہ ابھی ختم نہیں ہوا۔ SiO2 صرف ایک دھاگے کے برابر ہے، اور اصلی گیٹ (Poly) ابھی شروع نہیں ہوا ہے۔ تو ہمارا اگلا مرحلہ SiO2 پر پولی سیلیکون کی ایک تہہ ڈالنا ہے (پولی سیلیکون بھی ایک ہی سلیکون عنصر پر مشتمل ہوتا ہے، لیکن جالی کی ترتیب مختلف ہوتی ہے۔ مجھ سے مت پوچھو کہ سبسٹریٹ سنگل کرسٹل سلیکون کیوں استعمال کرتا ہے اور گیٹ پولی سیلیکون استعمال کرتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر فزکس نامی کتاب ہے آپ اس کے بارے میں جان سکتے ہیں یہ شرمناک ہے)۔ پولی بھی CMOS میں ایک بہت ہی اہم لنک ہے، لیکن پولی کا جزو Si ہے، اور یہ SiO2 کی طرح بڑھتے ہوئے Si سبسٹریٹ کے ساتھ براہ راست رد عمل سے پیدا نہیں ہو سکتا۔ اس کے لیے افسانوی CVD (کیمیکل واپر ڈیپوزیشن) کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ ویکیوم میں کیمیائی طور پر رد عمل ظاہر کرنا اور ویفر پر پیدا ہونے والی چیز کو تیز کرنا ہے۔ اس مثال میں، پیدا ہونے والا مادہ پولی سیلیکون ہے، اور پھر ویفر پر تیار کیا جاتا ہے (یہاں میں یہ کہنا چاہتا ہوں کہ پولی فرنس ٹیوب میں CVD کے ذریعے پیدا ہوتا ہے، اس لیے پولی کی نسل خالص CVD مشین کے ذریعے نہیں کی جاتی ہے)۔

لیکن اس طریقہ سے بننے والا پولی سیلیکون پورے ویفر پر گر جائے گا، اور یہ بارش کے بعد ایسا لگتا ہے۔

پولی اور SiO2 کی نمائش:
اس مرحلے پر، ہم جو عمودی ڈھانچہ چاہتے ہیں وہ دراصل تشکیل پا چکا ہے، جس کے اوپر پولی، نیچے SiO2، اور سبسٹریٹ نیچے ہے۔ لیکن اب پورا ویفر اس طرح ہے، اور ہمیں "نل" کا ڈھانچہ بننے کے لیے صرف ایک مخصوص پوزیشن کی ضرورت ہے۔ لہذا پورے عمل میں سب سے اہم مرحلہ ہے - نمائش۔
ہم سب سے پہلے ویفر کی سطح پر فوٹو ریزسٹ کی ایک تہہ پھیلاتے ہیں، اور یہ اس طرح بن جاتی ہے۔

پھر اس پر طے شدہ ماسک (ماسک پر سرکٹ پیٹرن کی وضاحت کی گئی ہے) لگائیں، اور آخر میں اسے ایک مخصوص طول موج کی روشنی سے روشن کریں۔ فوٹو ریزسٹ شعاع زدہ علاقے میں فعال ہو جائے گا۔ چونکہ ماسک کے ذریعے مسدود علاقہ روشنی کے منبع سے روشن نہیں ہوتا ہے، اس لیے فوٹو ریزسٹ کا یہ ٹکڑا فعال نہیں ہوتا ہے۔

چونکہ ایکٹیویٹڈ فوٹو ریزسٹ کو ایک مخصوص کیمیائی مائع کے ذریعے دھونا خاص طور پر آسان ہے، جب کہ غیر فعال فوٹو ریزسٹ کو دھویا نہیں جا سکتا، اس لیے شعاع ریزی کے بعد، ایک مخصوص مائع استعمال کیا جاتا ہے تاکہ فعال فوٹو ریزسٹ کو دھویا جا سکے، اور آخر کار یہ اس طرح ہو جاتا ہے، جس سے وہ اس طرح نکل جاتا ہے۔ photoresist جہاں Poly اور SiO2 کو برقرار رکھنے کی ضرورت ہے، اور جہاں اسے برقرار رکھنے کی ضرورت نہیں ہے وہاں photoresist کو ہٹانا۔