چپ کی تیاری آج دنیا کا سب سے پیچیدہ عمل ہے۔ یہ ایک پیچیدہ عمل ہے جسے کئی اعلیٰ کمپنیوں نے مکمل کیا ہے۔ یہ مضمون اس عمل کا خلاصہ کرنے اور اس پیچیدہ عمل کی ایک جامع اور عمومی وضاحت دینے کی کوشش کرتا ہے۔
سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے بہت سے عمل ہیں، اور کہا جاتا ہے کہ سینکڑوں یا اس سے بھی ہزاروں مراحل ہیں۔ یہ مبالغہ آرائی نہیں ہے۔ ایک بلین ڈالر کی سرمایہ کاری والی فیکٹری اس عمل کا صرف ایک چھوٹا سا حصہ کر سکتی ہے۔ اس طرح کے پیچیدہ عمل کے لیے، اس مضمون کو وضاحت کے لیے پانچ بڑے زمروں میں تقسیم کیا جائے گا: ویفر مینوفیکچرنگ، فوٹو لیتھوگرافی اور ایچنگ، آئن امپلانٹیشن، پتلی فلم کا ذخیرہ، اور پیکیجنگ اور ٹیسٹنگ۔
1. سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کا عمل - ویفر مینوفیکچرنگ
ویفر مینوفیکچرنگ کو مندرجہ ذیل 5 اہم عملوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
(1) کرسٹل کھینچنا
◈ ڈوپڈ پولی سیلیکون 1400 ڈگری پر پگھلا جاتا ہے۔
◈ اعلی پاکیزگی والی آرگن انرٹ گیس لگائیں۔
◈ سنگل کرسٹل سلکان "بیج" کو پگھلنے میں رکھیں اور جب "نکال لیا جائے" تو اسے آہستہ آہستہ گھمائیں۔
◈ سنگل کرسٹل انگوٹ کا قطر درجہ حرارت اور نکالنے کی رفتار سے طے ہوتا ہے۔
(2) ویفر سلائسنگ میں سلکان انگوٹ کو انفرادی ویفرز میں کاٹنے کے لیے ایک درست "آری" کا استعمال کیا جاتا ہے۔
(3) ویفر لیپنگ، اینچنگ
◈ کٹے ہوئے ویفرز کو مکینیکل طور پر روٹری گرائنڈر اور ایلومینا سلوری کا استعمال کرتے ہوئے پیس دیا جاتا ہے تاکہ ویفر کی سطح کو ہموار اور متوازی بنایا جا سکے اور مکینیکل نقائص کو کم کیا جا سکے۔
◈ اس کے بعد ویفرز کو ایک نائٹرائیڈ ایسڈ/ایسٹک ایسڈ محلول میں کھدائی جاتی ہے تاکہ خوردبینی دراڑیں یا سطح کے نقصان کو دور کیا جا سکے، اس کے بعد اعلیٰ پاکیزگی والے RO/DI پانی کے غسلوں کا سلسلہ شروع ہوتا ہے۔
(4) ویفر پالش اور صفائی
◈ اگلا، ویفرز کو کیمیائی اور مکینیکل پالش کرنے کے عمل کی ایک سیریز میں پالش کیا جاتا ہے جسے CMP (کیمیکل مکینیکل پولش) کہا جاتا ہے۔ ◈ پالش کرنے کے عمل میں عام طور پر دو سے تین چمکانے کے مراحل شامل ہوتے ہیں جن میں تیزی سے باریک گارا اور RO/DI پانی کا استعمال کرتے ہوئے درمیانی صفائی شامل ہوتی ہے۔ ◈ نامیاتی نجاست اور ذرات کو دور کرنے کے لیے SC1 محلول (امونیا، ہائیڈروجن پیرو آکسائیڈ، اور RO/DI پانی) کا استعمال کرتے ہوئے حتمی صفائی کی جاتی ہے۔ پھر، HF کا استعمال مقامی آکسائیڈز اور دھاتی نجاست کو دور کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، اور آخر میں SC2 محلول انتہائی صاف نئے مقامی آکسائیڈز کو سطح پر بڑھنے دیتا ہے۔ (5) ویفر ایپیٹیکسیل پروسیسنگ
◈ ایپیٹیکسیل گروتھ (EPI) کو بخارات سے سنگل کرسٹل لائن سلکان کی ایک تہہ کو اعلی درجہ حرارت پر سنگل کرسٹل لائن سلکان سبسٹریٹ میں اگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
◈ بخارات کے مرحلے سے سنگل کرسٹل لائن سیلیکون پرت کے بڑھنے کے عمل کو بخارات کا مرحلہ ایپیٹیکسی (VPE) کہا جاتا ہے۔
SiCl٪7b٪7b0٪7d٪7dH2 ٪ e2٪86٪94 Si ٪7b٪7b2٪7d٪7dHCl
SiCl4 (سلیکان ٹیٹرا کلورائیڈ)
رد عمل الٹنے والا ہوتا ہے، یعنی اگر HCl شامل کیا جاتا ہے، تو ویفر کی سطح سے سلکان باہر نکل جائے گا۔
Si پیدا کرنے کا ایک اور رد عمل ناقابل واپسی ہے: SiH4 → Si + 2H2 (silane)
◈ EPI کی ترقی کا مقصد سبسٹریٹ پر برقی طور پر فعال ڈوپینٹس کی مختلف (عام طور پر کم) ارتکاز کے ساتھ تہوں کی تشکیل کرنا ہے۔ مثال کے طور پر، پی قسم کے ویفر پر ایک N قسم کی پرت۔
◈ ویفر کی موٹائی کا تقریباً 3 فیصد۔
◈ بعد کے ٹرانزسٹر ڈھانچے میں کوئی آلودگی نہیں ہے۔
2. سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کا عمل - فوٹو لیتھوگرافی فوٹو لیتھوگرافی مشین، جس کا حالیہ برسوں میں بہت ذکر کیا گیا ہے، بہت سے پراسیس آلات میں سے ایک ہے۔ یہاں تک کہ فوٹو لیتھوگرافی میں بھی بہت سے عمل کے مراحل اور آلات ہوتے ہیں۔
(1) فوٹو ریزسٹ کوٹنگ
Photoresist ایک فوٹو حساس مواد ہے۔ فوٹو ریزسٹ مائع کی ایک چھوٹی سی مقدار ویفر میں شامل کی جاتی ہے۔ ویفر کو 1000 سے 5000 RPM کی رفتار سے گھمایا جاتا ہے، فوٹو ریزسٹ کو 2 سے 200um موٹی کی یکساں کوٹنگ میں پھیلاتا ہے۔ فوٹو ریزٹس کی دو قسمیں ہیں: منفی اور مثبت۔ مثبت: روشنی کی نمائش پیچیدہ سالماتی ساخت کو توڑ سکتی ہے، جس سے اسے تحلیل کرنا آسان ہو جاتا ہے۔ منفی: نمائش مالیکیولر ڈھانچے کو مزید پیچیدہ اور تحلیل کرنا زیادہ مشکل بنا دیتی ہے۔ فوٹو لیتھوگرافی کے ہر مرحلے میں شامل اقدامات درج ذیل ہیں۔ ◈ ویفر کو صاف کریں ◈ ڈپازٹ بیریئر لیئر SiO2، Si3N4، میٹل ◈ فوٹو ریزسٹ لگائیں ◈ نرم بیک کریں ◈ الائن ماسک ◈ گرافک ایکسپوژر ◈ ڈیولپمنٹ ◈ بیک کریں ◈ ایچ ◈ فوٹو ریزسٹ کو ہٹا دیں پیٹرنشن پیٹرن کو ہٹائیں ہر پرت کی. اس کے بعد پیٹرن کو لیزر پیٹرن جنریٹر یا الیکٹران بیم کا استعمال کرتے ہوئے پیٹرن کے ساتھ نظری طور پر شفاف کوارٹج سبسٹریٹ (ٹیمپلیٹ) میں منتقل کیا جاتا ہے۔
(3) پیٹرن کی منتقلی (نمائش) یہاں، ایک فوٹو لیتھوگرافی مشین کا استعمال سانچے سے پیٹرن کو چپ کی تہہ پر پروجیکٹ اور کاپی کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔
(4) نشوونما اور بیکنگ ◈ نمائش کے بعد، ویفر کو تیزاب یا الکلین محلول میں تیار کیا جاتا ہے تاکہ فوٹو ریزسٹ کے بے نقاب علاقوں کو ہٹایا جا سکے۔ ◈ ایک بار بے نقاب فوٹو ریزسٹ کو ہٹانے کے بعد، باقی فوٹو ریزسٹ کو سخت کرنے کے لیے ویفر کو کم درجہ حرارت پر "بیک" کیا جاتا ہے۔
3. سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے عمل - اینچنگ اور آئن امپلانٹیشن (1) گیلی اور خشک اینچنگ ◈ کیمیکل اینچنگ ایک بڑے گیلے پلیٹ فارم پر کی جاتی ہے۔ ◈ مختلف قسم کے تیزاب، بیس، اور کاسٹک محلول مختلف مواد کے منتخب حصوں کو ہٹانے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ ◈ BOE، یا بفرڈ آکسائیڈ اینچنٹ، امونیم فلورائیڈ کے ساتھ بفر شدہ ہائیڈرو فلورک ایسڈ سے بنایا گیا ہے اور اس کا استعمال سلیکون ڈائی آکسائیڈ کو ہٹانے کے لیے کیا جاتا ہے بغیر سیلیکون یا پولی سیلیکون کی تہہ کو اینچ کیے بغیر۔ ◈ فاسفورک ایسڈ کا استعمال سلکان نائٹرائیڈ کی تہوں کو کھینچنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ ◈ نائٹرک ایسڈ دھاتوں کو کھینچنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ◈ فوٹو ریزسٹ کو سلفیورک ایسڈ سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ ◈ خشک اینچنگ کے لیے، ویفر کو اینچنگ چیمبر میں رکھا جاتا ہے اور اسے پلازما کے ذریعے کھینچا جاتا ہے۔ ◈ اہلکاروں کی حفاظت ایک بنیادی تشویش ہے۔ ◈ بہت سے فیب اینچنگ کے عمل کو انجام دینے کے لیے خودکار آلات استعمال کرتے ہیں۔ (2) اتارنے کے خلاف مزاحمت کریں۔
اس کے بعد فوٹو ریزسٹ کو ویفر سے مکمل طور پر چھین لیا جاتا ہے، جس سے ویفر پر آکسائیڈ پیٹرن رہ جاتا ہے۔
(3) آئن امپلانٹیشن
◈ آئن امپلانٹیشن ویفر پر موجود پرتوں کے عین مطابق علاقوں کی برقی خصوصیات کو تبدیل کرتی ہے۔
◈ آئن امپلانٹر مخصوص ڈوپینٹس کے آئنوں کے ساتھ ویفر کی سطح پر بمباری کرنے کے لیے ہائی کرنٹ ایکسلریٹر ٹیوبیں اور اسٹیئرنگ اور فوکس کرنے والے میگنےٹس کا استعمال کرتے ہیں۔
◈ آکسائیڈ ایک رکاوٹ کا کام کرتا ہے جب کہ ڈوپنگ کیمیکل سطح پر جمع ہوتے ہیں اور سطح میں پھیل جاتے ہیں۔
◈ سلکان کی سطح کو اینیلنگ کے لیے 900 ڈگری تک گرم کیا جاتا ہے، اور لگائے گئے ڈوپینٹ آئن سلیکون ویفر میں مزید پھیل جاتے ہیں۔
4. سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کا عمل - پتلی فلم جمع
پتلی فلم جمع کرنے کے بہت سے طریقے اور مشمولات ہیں، جن کی ذیل میں ایک ایک کرکے وضاحت کی گئی ہے: (1) سلیکون آکسائیڈ
جب سلکان آکسیجن میں موجود ہوتا ہے، تو SiO2 تھرمل طور پر بڑھے گا۔ آکسیجن آکسیجن یا پانی کے بخارات سے آتی ہے۔ محیطی درجہ حرارت 900 ~ 1200 ڈگری ہونا ضروری ہے۔ کیمیائی رد عمل جو ہوتا ہے وہ ہے۔
Si ٪2b O2 ٪e2٪86٪92 SiO2
Si +2H2O ->SiO2 + 2H2
سلیکٹو آکسیکرن کے بعد سلکان ویفر کی سطح نیچے دی گئی تصویر میں دکھائی گئی ہے۔
آکسیجن اور پانی دونوں موجودہ SiO2 کے ذریعے پھیلتے ہیں اور Si کے ساتھ مل کر اضافی SiO2 بناتے ہیں۔ پانی (بخار) آکسیجن سے زیادہ آسانی سے پھیلتا ہے، اس لیے بخارات بہت تیزی سے بڑھتے ہیں۔
ٹرانجسٹر گیٹ بنانے کے لیے آکسائیڈ کو ایک موصلیت اور گزرنے والی پرت فراہم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ خشک آکسیجن گیٹ اور پتلی آکسائیڈ پرت بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ بخارات کو ایک موٹی آکسائیڈ پرت بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ انسولیٹنگ آکسائڈ پرت عام طور پر 1500nm کے ارد گرد ہوتی ہے، اور گیٹ پرت عام طور پر 200nm اور 500nm کے درمیان ہوتی ہے۔
(2) کیمیائی بخارات کا ذخیرہ
کیمیائی بخارات کا ذخیرہ (CVD) تھرمل سڑن اور/یا گیسی مرکبات کے رد عمل کے ذریعے سبسٹریٹ کی سطح پر ایک پتلی فلم بناتا ہے۔
CVD ری ایکٹرز کی تین بنیادی اقسام ہیں: ◈ ماحولیاتی کیمیائی بخارات کا ذخیرہ
◈ کم پریشر CVD (LPCVD)
◈ پلازما بڑھا ہوا CVD (PECVD)
کم پریشر CVD عمل کا اسکیمیٹک خاکہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔
CVD کے اہم رد عمل مندرجہ ذیل ہیں۔
i). Polysilicon PolysiliconSiH4 ->Si + 2h2 (600 ڈگری)
جمع کرنے کی شرح 100 - 200 nm / منٹ
فاسفورس (فاسفائن)، بوران (ڈیبورین) یا آرسینک گیس شامل کی جا سکتی ہے۔ پولی سیلیکون کو جمع کرنے کے بعد بازی گیس کے ساتھ بھی ڈوپ کیا جا سکتا ہے۔
ii)۔ سلکان ڈائی آکسائیڈ ڈائی آکسائیڈ
SiH4 + O2→SiO2 + 2h2 (300 - 500 ڈگری)
SiO2 کو انسولیٹر یا پاسیویشن پرت کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ فاسفورس عام طور پر الیکٹران کے بہاؤ کی بہتر کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے شامل کیا جاتا ہے۔
iii)۔ سیلیکون نائٹرائڈ سیکون نائٹرائڈ
3SiH4 + 4NH3 ->Si3N4 + 12H2
(سیلین) (امونیا) (نائٹرائڈ)
(3) تھوکنا
ہدف پر اعلی توانائی والے آئنوں جیسے کہ Ar+ کے ساتھ بمباری کی جاتی ہے، اور ہدف میں موجود ایٹموں کو منتقل کیا جائے گا اور سبسٹریٹ میں منتقل کیا جائے گا۔
ایلومینیم اور ٹائٹینیم جیسی دھاتوں کو ہدف کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ (4) بخارات
ال یا او (سونے) کو بخارات کے نقطہ پر گرم کیا جاتا ہے، اور بخارات گاڑھا ہو کر ویفر کی سطح کو ڈھانپنے والی ایک پتلی فلم بنائے گا۔
مندرجہ ذیل مثال تفصیل سے بتائے گی کہ کس طرح سلکان ویفر پر سرکٹ فوٹو لیتھوگرافی سے لے کر آئن جمع کرنے تک مرحلہ وار بنتا ہے:
5. سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کا عمل - پیکجنگ ٹیسٹ (پوسٹ پروسیسنگ)
(1) ویفر ٹیسٹ حتمی سرکٹ کی تیاری مکمل ہونے کے بعد، ناقص مصنوعات کو دور کرنے کے لیے ویفر پر موجود ٹیسٹ ڈیوائسز کو خودکار پروب ٹیسٹ کا طریقہ استعمال کرتے ہوئے ٹیسٹ کیا جاتا ہے۔
(2) ویفر ڈائسنگ پروب ٹیسٹ کے بعد، ویفر کو انفرادی چپس میں کاٹا جاتا ہے۔
(3) وائرنگ اور پیکیجنگ ◈ انفرادی چپس لیڈ فریم سے جڑی ہوتی ہیں، اور ایلومینیم یا گولڈ لیڈز تھرمل کمپریشن یا الٹراسونک ویلڈنگ کے ذریعے جڑی ہوتی ہیں۔ ◈ پیکجنگ آلہ کو سرامک یا پلاسٹک کے پیکج میں سیل کرکے مکمل کیا جاتا ہے۔ ◈ زیادہ تر چپس کو ڈاؤن اسٹریم صارفین کو بھیجے جانے سے پہلے حتمی فنکشنل ٹیسٹنگ سے گزرنا پڑتا ہے۔
