चिप निर्माण प्रक्रिया (1/2) की एक पूर्ण व्याख्या: वेफर से पैकेजिंग और परीक्षण तक

प्रत्येक अर्धचालक उत्पाद के निर्माण के लिए सैकड़ों प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, और संपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया को आठ चरणों में विभाजित किया जाता है:वफ़र प्रक्रमन - ऑक्सीकरण - फोटोलिथोग्राफी - एचिंग - पतली फिल्म बयान - एक दूसरे का संबंध - परीक्षण - पैकेजिंग.

स्टेप 1:वफ़र प्रक्रमन

सभी अर्धचालक प्रक्रियाएं रेत के एक दाने के साथ शुरू होती हैं! क्योंकि रेत में निहित सिलिकॉन वेफर्स का उत्पादन करने के लिए आवश्यक कच्चा माल है। वेफर्स सिलिकॉन (एसआई) या गैलियम आर्सेनाइड (जीएएएस) से बने सिंगल क्रिस्टल सिलेंडर से कटे हुए स्लाइस हैं। उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन सामग्री को निकालने के लिए, सिलिका सैंड, 95%तक की सिलिकॉन डाइऑक्साइड सामग्री के साथ एक विशेष सामग्री की आवश्यकता है, जो कि वेफर्स बनाने के लिए मुख्य कच्चा माल भी है। वेफर प्रोसेसिंग उपरोक्त वेफर्स बनाने की प्रक्रिया है।

कास्टिंग कास्टिंग

सबसे पहले, रेत को कार्बन मोनोऑक्साइड और सिलिकॉन को अलग करने के लिए गर्म करने की आवश्यकता होती है, और प्रक्रिया को दोहराया जाता है जब तक कि अल्ट्रा-हाई प्योरिटी इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड सिलिकॉन (ईजी-एसआई) प्राप्त नहीं होता है। उच्च-शुद्धता सिलिकॉन तरल में पिघल जाती है और फिर एक एकल क्रिस्टल ठोस रूप में ठोस हो जाती है, जिसे "इनगोट" कहा जाता है, जो अर्धचालक विनिर्माण में पहला कदम है।

सिलिकॉन इंगॉट्स (सिलिकॉन पिलर्स) की विनिर्माण परिशुद्धता बहुत अधिक है, नैनोमीटर स्तर तक पहुंचती है, और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विनिर्माण विधि Czochralski विधि है।

कसना

पिछला कदम पूरा होने के बाद, एक हीरे के साथ इनगोट के दो छोरों को काटने के लिए आवश्यक है और फिर इसे एक निश्चित मोटाई के पतले स्लाइस में काट दिया। इंगोट स्लाइस का व्यास वेफर के आकार को निर्धारित करता है। बड़े और पतले वेफर्स को अधिक प्रयोग करने योग्य इकाइयों में विभाजित किया जा सकता है, जो उत्पादन लागत को कम करने में मदद करता है। सिलिकॉन इंगोट को काटने के बाद, बाद के चरणों में एक मानक के रूप में प्रसंस्करण दिशा को स्थापित करने के लिए स्लाइस पर "फ्लैट क्षेत्र" या "डेंट" निशान जोड़ना आवश्यक है।

वेफर सतह पॉलिशिंग

उपरोक्त काटने की प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त स्लाइस को "नंगे वेफर्स" कहा जाता है, अर्थात्, असंसाधित "कच्चे वेफर्स"। नंगे वेफर की सतह असमान है और सर्किट पैटर्न को सीधे उस पर मुद्रित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, पहले पीस और रासायनिक नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के माध्यम से सतह के दोषों को हटाना आवश्यक है, फिर एक चिकनी सतह बनाने के लिए पॉलिश करें, और फिर एक साफ सतह के साथ एक तैयार वेफर प्राप्त करने के लिए सफाई के माध्यम से अवशिष्ट दूषित पदार्थों को हटा दें।

चरण 2: ऑक्सीकरण

ऑक्सीकरण प्रक्रिया की भूमिका वेफर की सतह पर एक सुरक्षात्मक फिल्म बनाने के लिए है। यह वेफर को रासायनिक अशुद्धियों से बचाता है, रिसाव करंट को सर्किट में प्रवेश करने से रोकता है, आयन आरोपण के दौरान प्रसार को रोकता है, और वेफर को नक़्क़ाशी के दौरान फिसलने से रोकता है।

ऑक्सीकरण प्रक्रिया का पहला चरण अशुद्धियों और दूषित पदार्थों को दूर करना है। कार्बनिक पदार्थ, धातु अशुद्धियों को हटाने और अवशिष्ट पानी को वाष्पित करने के लिए चार चरणों की आवश्यकता होती है। सफाई के बाद, वेफर को 800 से 1200 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान वातावरण में रखा जा सकता है, और वेफर की सतह पर ऑक्सीजन या भाप के प्रवाह से एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड (यानी "ऑक्साइड") परत का गठन किया जाता है। ऑक्सीजन ऑक्साइड परत के माध्यम से फैलता है और अलग -अलग मोटाई की ऑक्साइड परत बनाने के लिए सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करता है, और ऑक्सीकरण पूरा होने के बाद इसकी मोटाई को मापा जा सकता है।

ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में विभिन्न ऑक्सीडेंट के आधार पर सूखा ऑक्सीकरण और गीला ऑक्सीकरण, थर्मल ऑक्सीकरण प्रक्रिया को सूखे ऑक्सीकरण और गीले ऑक्सीकरण में विभाजित किया जा सकता है। पूर्व एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत का उत्पादन करने के लिए शुद्ध ऑक्सीजन का उपयोग करता है, जो धीमी है लेकिन ऑक्साइड परत पतली और घनी है। उत्तरार्द्ध को ऑक्सीजन और अत्यधिक घुलनशील जल वाष्प दोनों की आवश्यकता होती है, जो एक तेजी से विकास दर की विशेषता है लेकिन कम घनत्व के साथ एक अपेक्षाकृत मोटी सुरक्षात्मक परत है।

ऑक्सीडेंट के अलावा, अन्य चर हैं जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत की मोटाई को प्रभावित करते हैं। सबसे पहले, वेफर संरचना, इसकी सतह दोष और आंतरिक डोपिंग एकाग्रता ऑक्साइड परत उत्पादन की दर को प्रभावित करेगी। इसके अलावा, ऑक्सीकरण उपकरण द्वारा उत्पन्न दबाव और तापमान जितना अधिक होता है, उतनी ही तेजी से ऑक्साइड परत उत्पन्न होगी। ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, वेफर की रक्षा करने और ऑक्सीकरण की डिग्री में अंतर को कम करने के लिए यूनिट में वेफर की स्थिति के अनुसार एक डमी शीट का उपयोग करना भी आवश्यक है।

चरण 3: फोटोलिथोग्राफी

फोटोलिथोग्राफी प्रकाश के माध्यम से वेफर पर सर्किट पैटर्न को "प्रिंट" करना है। हम इसे वेफर की सतह पर सेमीकंडक्टर विनिर्माण के लिए आवश्यक विमान के नक्शे को चित्रित करने के रूप में समझ सकते हैं। सर्किट पैटर्न की सुंदरता जितनी अधिक होगी, तैयार चिप का एकीकरण उतना ही अधिक होगा, जिसे उन्नत फोटोलिथोग्राफी तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जाना चाहिए। विशेष रूप से, फोटोलिथोग्राफी को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है: कोटिंग फोटोरिसिस्ट, एक्सपोज़र और डेवलपमेंट।

कलई करना

एक वेफर पर एक सर्किट खींचने का पहला कदम ऑक्साइड परत पर फोटोरिस्टिस्ट को कोट करना है। Photoresist अपने रासायनिक गुणों को बदलकर वेफर को "फोटो पेपर" बनाता है। वेफर की सतह पर फोटोरिसिस्ट परत को पतला, अधिक समान कोटिंग, और महीन पैटर्न जो मुद्रित किया जा सकता है। यह कदम "स्पिन कोटिंग" विधि द्वारा किया जा सकता है। प्रकाश में अंतर (पराबैंगनी) प्रतिक्रियाशीलता के अनुसार, फोटोरिसिस्टों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सकारात्मक और नकारात्मक। पूर्व में विघटित हो जाएगा और प्रकाश के संपर्क में आने के बाद गायब हो जाएगा, जिससे अनएक्सपोज्ड क्षेत्र के पैटर्न को छोड़ दिया जाएगा, जबकि उत्तरार्द्ध प्रकाश के संपर्क में आने के बाद बहुलक हो जाएगा और उजागर भाग के पैटर्न को दिखाई देगा।

खुलासा

फोटोरिस्ट फिल्म को वेफर पर कवर करने के बाद, सर्किट प्रिंटिंग को प्रकाश जोखिम को नियंत्रित करके पूरा किया जा सकता है। इस प्रक्रिया को "एक्सपोज़र" कहा जाता है। हम एक्सपोज़र उपकरण के माध्यम से चुनिंदा रूप से प्रकाश कर सकते हैं। जब प्रकाश सर्किट पैटर्न वाले मास्क से होकर गुजरता है, तो सर्किट को नीचे दिए गए फोटोरिस्टिस्ट फिल्म के साथ लेपित वेफर पर मुद्रित किया जा सकता है।

एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान, मुद्रित पैटर्न जितना महीन होता है, अंतिम चिप जितना अधिक घटक हो सकता है, जो उत्पादन दक्षता में सुधार करने और प्रत्येक घटक की लागत को कम करने में मदद करता है। इस क्षेत्र में, नई तकनीक जो वर्तमान में बहुत ध्यान आकर्षित कर रही है, वह है ईयूवी लिथोग्राफी। एलएएम रिसर्च ग्रुप ने संयुक्त रूप से रणनीतिक भागीदारों एएसएमएल और आईएमईसी के साथ एक नई सूखी फिल्म फोटोरिसिस्ट तकनीक विकसित की है। यह तकनीक रिज़ॉल्यूशन में सुधार करके ईयूवी लिथोग्राफी एक्सपोज़र प्रक्रिया की उत्पादकता और उपज में सुधार कर सकती है (ठीक-ट्यूनिंग सर्किट चौड़ाई में एक महत्वपूर्ण कारक)।

विकास

एक्सपोज़र के बाद का कदम वेफर पर डेवलपर को स्प्रे करना है, इसका उद्देश्य पैटर्न के खुले क्षेत्र में फोटोरिसिस्ट को हटाना है, ताकि मुद्रित सर्किट पैटर्न का पता चला हो। विकास पूरा होने के बाद, सर्किट आरेख की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए इसे विभिन्न मापने वाले उपकरणों और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप द्वारा जांचना होगा।

चरण 4: नक़्क़ाशी

सर्किट आरेख की फोटोलिथोग्राफी वेफर पर पूरा होने के बाद, किसी भी अतिरिक्त ऑक्साइड फिल्म को हटाने और केवल अर्धचालक सर्किट आरेख को छोड़ने के लिए एक नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। ऐसा करने के लिए, चयनित अतिरिक्त भागों को हटाने के लिए तरल, गैस या प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले पदार्थों के आधार पर, नक़्क़ाशी के दो मुख्य तरीके हैं: ऑक्साइड फिल्म को हटाने के लिए रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए एक विशिष्ट रासायनिक समाधान का उपयोग करके गीला नक़्क़ाशी, और गैस या प्लाज्मा का उपयोग करके सूखी नक़्क़ाशी।

गीला नक़्क़ाशी

ऑक्साइड फिल्मों को हटाने के लिए रासायनिक समाधानों का उपयोग करके गीला नक़्क़ाशी कम लागत, तेजी से नक़्क़ाशी की गति और उच्च उत्पादकता के फायदे हैं। हालांकि, गीला नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक है, अर्थात, इसकी गति किसी भी दिशा में समान है। यह मास्क (या संवेदनशील फिल्म) को पूरी तरह से etched ऑक्साइड फिल्म के साथ संरेखित नहीं किया जाता है, इसलिए बहुत ही बढ़िया सर्किट आरेखों को संसाधित करना मुश्किल है।

सूखी नक़्क़ाशी

सूखी नक़्क़ाशी को तीन अलग -अलग प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। पहला रासायनिक नक़्क़ाशी है, जो नक़्क़ाशी गैसों (मुख्य रूप से हाइड्रोजन फ्लोराइड) का उपयोग करता है। गीले नक़्क़ाशी की तरह, यह विधि आइसोट्रोपिक है, जिसका अर्थ है कि यह ठीक नक़्क़ाशी के लिए उपयुक्त नहीं है।

दूसरी विधि भौतिक स्पटरिंग है, जो अतिरिक्त ऑक्साइड परत को प्रभावित करने और हटाने के लिए प्लाज्मा में आयनों का उपयोग करती है। एक अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी विधि के रूप में, स्पटरिंग नक़्क़ाशी में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में अलग -अलग नक़्क़ाशी दर होती है, इसलिए इसकी सुंदरता रासायनिक नक़्क़ाशी से भी बेहतर है। हालांकि, इस पद्धति का नुकसान यह है कि नक़्क़ाशी की गति धीमी है क्योंकि यह पूरी तरह से आयन टक्कर के कारण होने वाली शारीरिक प्रतिक्रिया पर निर्भर करता है।

अंतिम तीसरी विधि प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (RIE) है। RIE पहले दो तरीकों को जोड़ती है, अर्थात्, आयनीकरण के लिए प्लाज्मा का उपयोग करते हुए, भौतिक नक़्क़ाशी, रासायनिक नक़्क़ाशी प्लाज्मा सक्रियण के बाद उत्पन्न मुक्त कणों की मदद से किया जाता है। पहले दो तरीकों से अधिक नक़्क़ाशी की गति के अलावा, RIE उच्च-सटीक पैटर्न नक़्क़ाशी को प्राप्त करने के लिए आयनों की अनिसोट्रोपिक विशेषताओं का उपयोग कर सकता है।

आज, सूखी नक़्क़ाशी का उपयोग व्यापक रूप से ठीक अर्धचालक सर्किट की उपज में सुधार करने के लिए किया गया है। पूर्ण-वफ़र नक़्क़ाशी एकरूपता और बढ़ती नक़्क़ाशी गति को बनाए रखना महत्वपूर्ण है, और आज के सबसे उन्नत सूखे नक़्क़ाशी उपकरण उच्च प्रदर्शन के साथ सबसे उन्नत तर्क और मेमोरी चिप्स के उत्पादन का समर्थन कर रहे हैं।

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