चिप निर्माण प्रक्रिया की पूरी व्याख्या (1/2): वेफर से लेकर 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 गया है:वेफर प्रसंस्करण - ऑक्सीकरण - फोटोलिथोग्राफी - एचिंग - पतली फिल्म का जमाव - एक दूसरे का संबंध - परीक्षण - पैकेजिंग.

स्टेप 1:वेफर प्रसंस्करण

सभी अर्धचालक प्रक्रियाएं रेत के एक कण से शुरू होती हैं! क्योंकि रेत में मौजूद सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन के लिए आवश्यक कच्चा माल है। वेफर्स सिलिकॉन (Si) या गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) से बने एकल क्रिस्टल सिलेंडर से काटे गए गोल टुकड़े होते हैं। उच्च शुद्धता वाली सिलिकॉन सामग्री निकालने के लिए, सिलिका रेत, 95% तक सिलिकॉन डाइऑक्साइड सामग्री वाली एक विशेष सामग्री की आवश्यकता होती है, जो वेफर्स बनाने के लिए मुख्य कच्चा माल भी है। वेफर प्रसंस्करण उपरोक्त वेफर्स बनाने की प्रक्रिया है।

कास्टिंग भूल गया

सबसे पहले, इसमें मौजूद कार्बन मोनोऑक्साइड और सिलिकॉन को अलग करने के लिए रेत को गर्म करने की आवश्यकता होती है, और यह प्रक्रिया तब तक दोहराई जाती है जब तक कि अल्ट्रा-उच्च शुद्धता वाला इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड सिलिकॉन (ईजी-सी) प्राप्त न हो जाए। उच्च शुद्धता वाला सिलिकॉन तरल में पिघल जाता है और फिर एक एकल क्रिस्टल ठोस रूप में जम जाता है, जिसे "पिंड" कहा जाता है, जो अर्धचालक निर्माण में पहला कदम है।

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

पिंड काटना

पिछला चरण पूरा होने के बाद, हीरे की आरी से पिंड के दोनों सिरों को काटना और फिर इसे एक निश्चित मोटाई के पतले स्लाइस में काटना आवश्यक है। पिंड के टुकड़े का व्यास वेफर का आकार निर्धारित करता है। बड़े और पतले वेफर्स को अधिक उपयोगी इकाइयों में विभाजित किया जा सकता है, जो उत्पादन लागत को कम करने में मदद करता है। सिलिकॉन पिंड को काटने के बाद, बाद के चरणों में मानक के रूप में प्रसंस्करण दिशा निर्धारित करने की सुविधा के लिए स्लाइस पर "सपाट क्षेत्र" या "डेंट" के निशान जोड़ना आवश्यक है।

वेफर सतह पॉलिशिंग

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

चरण 2: ऑक्सीकरण

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

ऑक्सीकरण प्रक्रिया का पहला चरण अशुद्धियों और संदूषकों को हटाना है। कार्बनिक पदार्थ, धातु की 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 वाले वातावरण में रखा जा सकता है, और वेफर की सतह पर ऑक्सीजन या भाप के प्रवाह से एक सिलिकॉन डाइऑक्साइड (यानी "ऑक्साइड") परत बनती है। ऑक्सीजन ऑक्साइड परत के माध्यम से फैलती है और सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके अलग-अलग मोटाई की ऑक्साइड परत बनाती है, और ऑक्सीकरण पूरा होने के बाद इसकी मोटाई को मापा जा सकता है।

शुष्क ऑक्सीकरण और गीला ऑक्सीकरण ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में विभिन्न ऑक्सीडेंट के आधार पर, थर्मल ऑक्सीकरण प्रक्रिया को शुष्क ऑक्सीकरण और गीले ऑक्सीकरण में विभाजित किया जा सकता है। पहला सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत बनाने 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 कि तेज विकास दर लेकिन कम घनत्व वाली अपेक्षाकृत मोटी सुरक्षात्मक परत की विशेषता है।

ऑक्सीडेंट के अलावा, अन्य चर भी 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 होगा, उतनी ही तेजी से ऑक्साइड परत उत्पन्न होगी। ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान, वेफर की सुरक्षा और ऑक्सीकरण डिग्री में अंतर को कम करने के लिए इकाई 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। इसे हम वेफर की सतह पर सेमीकंडक्टर निर्माण के लिए आवश्यक समतल मानचित्र बनाने 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 फोटोरेसिस्ट, एक्सपोज़र और विकास।

कलई करना

वेफर पर एक सर्किट खींचने का पहला चरण ऑक्साइड परत पर फोटोरेसिस्ट को कोट करना है। फोटोरेसिस्ट वेफर के रासायनिक गुणों को बदलकर उसे "फोटो पेपर" बनाता है। वेफर की सतह पर फोटोरेसिस्ट परत जितनी पतली होगी, कोटिंग उतनी ही अधिक समान होगी और प्रिंट किया जा सकने वाला पैटर्न उतना ही महीन होगा। यह चरण "स्पिन कोटिंग" विधि द्वारा किया जा सकता है। प्रकाश (पराबैंगनी) प्रतिक्रियाशीलता में अंतर के अनुसार, फोटोरेसिस्ट को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सकारात्मक और नकारात्मक। पहला प्रकाश के संपर्क में आने के बाद विघटित हो जाएगा और गायब हो जाएगा, जिससे खुला क्षेत्र का पैटर्न नहीं रह जाएगा, जबकि दूसरा प्रकाश के संपर्क में आने के बाद पोलीमराइज़ हो जाएगा और उजागर हिस्से का पैटर्न दिखाई देगा।

खुलासा

वेफर पर फोटोरेसिस्ट फिल्म को कवर करने के बाद, प्रकाश एक्सपोजर को नियंत्रित करके सर्किट प्रिंटिंग पूरी की जा सकती है। इस प्रक्रिया को "एक्सपोज़र" कहा जाता है। हम एक्सपोज़र उपकरण के माध्यम से प्रकाश को चुनिंदा रूप से पारित कर सकते हैं। जब प्रकाश सर्किट पैटर्न वाले मास्क से होकर गुजरता है, तो सर्किट को नीचे फोटोरेसिस्ट फिल्म के साथ लेपित वेफर पर मुद्रित किया जा सकता है।

एक्सपोज़र प्रक्रिया के दौरान, मुद्रित पैटर्न जितना महीन होगा, अंतिम चिप उतने ही अधिक घटकों को समायोजित कर सकती है, जो उत्पादन दक्षता में सुधार करने और प्रत्येक घटक की लागत को कम करने में मदद करती है। इस क्षेत्र में जो नई तकनीक इस समय सबसे ज्यादा ध्यान खींच रही है वह है ईयूवी लिथोग्राफी। लैम रिसर्च ग्रुप ने रणनीतिक साझेदार ASML और imec के साथ संयुक्त रूप से एक नई ड्राई फिल्म फोटोरेसिस्ट तकनीक विकसित की है। यह तकनीक रिज़ॉल्यूशन (फाइन-ट्यूनिंग सर्किट चौड़ाई में एक प्रमुख कारक) में सुधार करके ईयूवी लिथोग्राफी एक्सपोज़र प्रक्रिया की उत्पादकता और उपज में काफी सुधार कर सकती है।

विकास

एक्सपोज़र के बाद का कदम डेवलपर को वेफर पर स्प्रे करना है, इसका उद्देश्य पैटर्न के खुले क्षेत्र में फोटोरेसिस्ट को हटाना है, ताकि मुद्रित सर्किट पैटर्न प्रकट हो सके। विकास पूरा होने के बाद, सर्किट आरेख की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए इसे विभिन्न माप उपकरणों और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप द्वारा जांचने की आवश्यकता होती है।

चरण 4: नक़्क़ाशी

वेफर पर सर्किट आरेख की फोटोलिथोग्राफी पूरी 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 गए पदार्थों के आधार पर, नक़्क़ाशी की दो मुख्य विधियाँ हैं: ऑक्साइड फिल्म को हटाने के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया करने के लिए एक विशिष्ट रासायनिक समाधान का उपयोग करके गीली नक़्क़ाशी, और गैस या प्लाज्मा का उपयोग करके सूखी नक़्क़ाशी।

गीली नक़्क़ाशी

ऑक्साइड फिल्मों को हटाने के लिए रासायनिक समाधानों का उपयोग करके गीली नक़्क़ाशी में कम लागत, तेज़ नक़्क़ाशी गति और उच्च उत्पादकता के फायदे हैं। हालाँकि, गीली नक़्क़ाशी आइसोट्रोपिक होती है, यानी इसकी गति किसी भी दिशा में समान होती है। इसके कारण मास्क (या संवेदनशील फिल्म) नक़्क़ाशीदार ऑक्साइड फिल्म के साथ पूरी तरह से संरेखित नहीं हो पाती है, इसलिए बहुत अच्छे सर्किट आरेखों को संसाधित करना मुश्किल होता 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। गीली नक़्क़ाशी की तरह, यह विधि आइसोट्रोपिक है, जिसका अर्थ है कि यह बारीक 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। अनिसोट्रोपिक नक़्क़ाशी विधि के रूप में, स्पटरिंग नक़्क़ाशी में क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में अलग-अलग नक़्क़ाशी दरें होती हैं, इसलिए इसकी सुंदरता रासायनिक नक़्क़ाशी से भी बेहतर होती है। हालाँकि, इस विधि का नुकसान यह है कि नक़्क़ाशी की गति धीमी है क्योंकि यह पूरी तरह से आयन टकराव के कारण होने वाली भौतिक प्रतिक्रिया पर निर्भर करती है।

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

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

VeTek सेमीकंडक्टर एक पेशेवर चीनी निर्माता हैटैंटलम कार्बाइड कोटिंग, सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग, विशेष ग्रेफाइट, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिकऔरअन्य सेमीकंडक्टर सिरेमिक. VeTek सेमीकंडक्टर सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए विभिन्न SiC वेफर उत्पादों के लिए उन्नत समाधान प्रदान करने के लिए प्रतिबद्ध है।

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