Silicon Chip- Steps in Manufacturing சிலிக்கன் சில்லு. தயாரிப்பில் உள்ள பகுதிகள்

Silicon Chip- Steps in Manufacturing சிலிக்கன் சில்லு. தயாரிப்பில் உள்ள பகுதிகள்

ஐ.சி. தயாரிப்பை ஐந்து பெரும் கட்டங்களாக (five major stages) பிரிக்கலாம். இதை ஒரு எடுத்துக்காட்டின் மூலம் காண்போம்.

1. நீங்கள் ஒரு கல்லூரி கட்ட வேண்டும் என்று நினைத்தால், முதலில் ‘மெடிக்கல்’ கல்லூரியா அல்லது ‘என்ஜினியரிங்’ கல்லூரியா என்பதை தீர்மானிப்பீர்கள். இது முதல் கட்டம்.
2. என்ஜினியரிங் கல்லூரி என்று தீர்மானித்தால், பின்னர் இட வசதி போன்ற பல விஷயங்களைக் கணக்கில் கொண்டு, ஒரு ஆண்டுக்கு சுமார் 1000 ‘சீட்’ இருக்கும் கல்லூரி கட்ட வேண்டும் என்று முடிவு செய்யலாம். அதற்கு 60 வகுப்பு அறைகளும், 15 ‘லேப்/lab’ எனப்படும் செய்முறைக் கூடங்களும் கட்ட வேண்டும் என்று முடிவு செய்யலாம். இந்த சமயத்தில், எந்த வகுப்பு அறைக்கு பக்கம் எந்த லேப் வரும் என்ற விவரங்கள் எல்லாம் தெளிவாக இருக்காது. ஓரளவு தான் தெரியும். இது இரண்டாம் கட்டம்.
3. அதன்பின், கட்டட வல்லுனர் (architect) எந்த அறை எங்கு வரும், எவ்வளவு மாடிகள் வரும் என்பதைத் திட்டமிடுவார். அவ்வாறு திட்டமிட்ட முடிவில் ‘லே-அவுட்’/ layout அல்லது பிளான்/plan என்ற வரைபடம் தருவார். இப்போது மூன்றாவது கட்டம் முடிந்துவிடுகிறது.
4. அந்த ‘லே-அவுட்’டின் படி சிவில் என்ஜினியர் / (Civil engineer) கட்டிடம் அமைத்துத் தந்தால், கல்லூரி தயாராகிவிடும். இது நான்காவது கட்டம்.
5. கட்டிடம் முடிந்ததும் கல்லூரி துவக்க விழாவிற்கு முன் எல்லாம் சரியாக இருக்கிறதா என்று நீங்கள் சரிபார்த்து பின்னர் துவங்குவீர்கள். இது ஐந்தாவது கட்டம் என்று வைத்துக்கொள்வோம்.

இப்போது, ஐ.சி. தயாரிப்பிற்கும் இதற்கும் உள்ள ஒற்றுமையைப் பார்க்கலாம்.

1. முதலில் மெடிக்கல் கல்லூரி அல்லது என்ஜினியரிங் கல்லூரி என்று முடிவு செய்வதைப்போல, ஐ.சி. தயாரிப்பில், ஒரு நிறுவனம் செல்போன் அல்லது கம்ப்யூட்டருக்கு சில்லு (ஐ.சி.) தயாரிக்க முடிவு செய்யும்.
2. அடுத்து, “60 வகுப்பு அறைகள், 15 லேப் அறைகள்’ என்று முடிவு செய்வது போல, இந்த சில்லு தயாரிக்க எவ்வளவு டிரான்ஸிஸ்டர்கள் தேவை, அவை எவ்வாறு இணைந்து இருக்க வேண்டும் என்பதை ‘எலக்ட்ரானிக்ஸ் என்ஜினியர்கள்’ கொண்ட குழு முடிவு செய்யும். இதற்கு மின் சுற்று வடிவமைப்பு (circuit design) என்று பெயர். ஒரு சிறிய மின் சுற்றுக்கு (சர்க்யூட்டிற்கு) உதாரணமாக, கீழிருக்கும் படத்தைப் பார்க்கவும்.
   
   இதில் டிரான்ஸிஸ்டர், டையோடு, மின் தடை ஆகியவை இருக்கின்றன. இந்தப் படத்தில், டிரான்ஸிஸ்டர் நடுவிலும், டையோடு இடப்பக்கத்திலும், மின் தடை வலப்பக்கத்திலும் இருக்கின்றன. ஆனால், கடைசியில் சில்லில் இதே அமைப்பில் வரும் என்று சொல்ல முடியாது. இது இரண்டாம் கட்டம்.
3. வேஃபரில் எந்த டிரான்ஸிஸ்டர் (அல்லது எந்த டையோடு) எங்கே இருக்கும் என்பதை முடிவு செய்து ‘லே-அவுட்’ என்ற ஃபைல் (file) தயாரிக்கப்படும். பல லட்சக்கணக்கான டிரான்ஸிஸ்டர்கள் இருப்பதால், இது கணிப்பொறி மூலம் தயாரிக்கப்படும். இது கல்லூரி கட்டிடத்தின் லே-அவுட் அல்லது பிளான்/plan போல. இப்போதுதான் எந்த இடத்தில் எது வரும் என்பதை நிச்சயமாகச் சொல்ல முடியும். இவற்றில், ஒவ்வொரு சில்லிலும் எந்த இடத்தில் டிரான்ஸிஸ்டர் இருக்கும், எந்த தளத்தில் எந்த இடத்தில் மின்கம்பி வரும் என்ற அனைத்து விவரங்களும் அடங்கும். இப்போது மூன்றாவது கட்டம் முடிந்துவிட்டது.
4. நான்காவது கட்டத்தில் நமது உதாரணமாகிய ‘கட்டிடம் கட்டுதல்’ ஐ.சி. தயாரிப்பில் இருந்து வேறுபடுகிறது. நீங்கள் ஒன்று அல்லது இரண்டு கல்லூரிகளைக் கட்டலாம். ஆனால் வேஃபரில் பல லட்சக்கணக்கான ஐ.சி.க்களை செய்ய முடியும். அதனால், ‘லே-அவுட்’டை ஒரு போட்டோ நெகடிவ் போல மாற்றிவிட்டால், பின்னர் தேவைப்பட்ட அளவு பிரதி எடுக்கலாம். இந்த இடத்தில் லித்தோகிராபி என்ற முறை பயன்படுகிறது. இதன் விவரங்களை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.
5. இறுதியாக ஐந்தாம் கட்டமாக, நாம் தயாரித்த ஐ.சி.க்களை பரிசோதனை செய்ய வேண்டும். இந்த இடத்திலும் ஐ.சி. தயாரிப்பு நமது உதாரணத்திலிருந்து கொஞ்சம் வேறுபாடு இருக்கும். உங்கள் கட்டிடத்தில் ஏதாவது குறை இருந்தால் அதை நிவர்த்தி செய்வீர்கள். ஐ.சி. தயாரிப்பிலும் பரிசோதனை(testing) இருக்கும். நன்றாக வேலை செய்யும் சில்லுக்களை பின் பேக்கேஜ் (package) செய்து விற்பனைக்கு அனுப்பி விடுவார்கள்.
   
   ஆனால், வேலை செய்யாத ஐ.சி.க்களில் பெரும்பாலும் அவற்றின் குறைகளை நிவர்த்தி செய்ய முடியாது. அதே சமயம் சரியாக வேலை செய்யாத சில்லுக்களை எல்லாம் உடனே தூக்கி எறிய மாட்டார்கள். அவற்றை மேலும் சோதனை செய்து “என்ன காரணத்தால் வேலை செய்யவில்லை” என்பதை கண்டு பிடித்து, தொழிற்சாலையில் அந்த காரணங்களை சரி செய்ய முயற்சி எடுக்கப்படும். இதன் விவரங்களை, ஒன்பதாவது பகுதியான ‘பரிசோதித்தலில்’ பார்க்கலாம்.

இந்தப் பதிவுகளில், நான்காவது கட்டத்தின் விவரங்களையே நாம் அதிகமாகக் காண்போம். மற்ற கட்டங்கள் பற்றிய விவரங்களை தேவைப்படும் அளவு பார்க்கலாம். ஒரு சிலிக்கன் சில்லு தயாரிக்க வேஃபரை பல கருவிகளில் பல ரசாயன மாற்றங்களுக்கு உட்படுத்தி தயாரிப்பார்கள். இதை தயாரிக்கும் வரிசை (manufacturing line ”மேனுஃபேக்சரிங் லைன்”) என்று சொல்லலாம்.

சில்லுக்கள் எல்லாம் சிலிக்கன் வேபர் என்ற பொருளில் தயாரிக்கப் படும்.
வேஃபர் (Wafer) என்பது வட்டமான சிலிக்கன் தகடு. அது 2 இன்ச்(inch) முதல் 12 இன்ச் வரை உள்ள விட்டத்தில்( diameter)இருக்கலாம். ஆனால், பெரும்பாலும் இப்போது 8 இன்ச் அல்லது 12 இன்ச் இருக்கும் வேஃபர் தான் தயாரிப்பில் இருக்கிறது. அதன் தடிமன் அரை மி.மீ லிருந்து 1 மி.மீ வரை இருக்கும்.

வேபரை 8” என்று குறித்தால் 8 இன்ச் என்று பொருள். சில சமயங்களில் இவற்றை 200 மி.மீ. என்றும், 12 இன்ச் வேபரை 300 மி.மீ என்றும் சொல்வார்கள். முதலில் 2” இல் ஆரம்பித்து, பின்னர் 4”, 5”, 6”, 8” என்று தொடர்ந்து தற்போது 12” இல் நிற்கிறது. (9”, 10”, 11” வேபர் எல்லாம் கிடையாது). இவற்றில் மேலே 1 அல்லது 2 மைக்ரான் அளவில், டிரான்ஸிஸ்டர்களும், மின் கம்பிகளும் முடிந்து விடும். மிச்சம் இருக்கும் தடிமன் எல்லாம், உறுதிக்காகத்தான்(mechanical strength). இந்த அளவு தடிமன் இல்லாவிட்டால், வேபர் மிக மிக எளிதில் உடைந்து விடும்.

பெரிய வேபர் (12 இன்ச்) எல்லாம் அதிக தடிமனிலும் (1 மி.மீ.), சிறிய வேபர்கள் (8 இன்ச்) குறைந்த தடிமனிலும் (0.5 மி.மீ. = 500 மைக்ரான்) இருக்கும். முடிந்த வரை குறைந்த தடிமனில் பயன்படுத்துவதையே நிறுவனங்கள் விரும்பும். ஏனென்றால், ஒரு உருளை (சிலிண்டர் - cylinder) சிலிக்கனை எடுத்து , சிறிய தடிமனில் பல வேபர்கள் செய்யலாம். ஆனால், மிக மெல்லியதாக (too thin) இருந்தால், அவை உடைந்து விடும் என்பதால் ஒரு compromiseஇல் இருக்கும். வேபரின் விட்டம் பெரிதாக இருந்தால், தடிமனும் அதிகமாக வேண்டும். இல்லாவிட்டால் எளிதில் உடைந்துவிடும்.

இந்த நான்காவது கட்டமாகிய தயாரிப்பு, மீண்டும் இரு துணைக் கட்டங்களாக (சப்-டிவிஷன்/ sub division) பிரிக்கப்படும். வேஃபரில் முதலில் டிரான்ஸிஸ்டர் வரை தயாரிப்பது ‘Front End Of Line’ அல்லது FEOL (ஃபியோல்) என்றும் அப்புறம் கம்பிகளால் இந்த டிரான்ஸிஸ்டர்களை இணைப்பது ‘Back End Of Line’ அல்லது BEOL (பியோல்) என்றும் சொல்லப்படும். முதலில் டிரான்ஸிஸ்டர் தயாரிக்கும் ஃபியோல் பற்றி பார்க்கலாம்.



ஃபியோல் FEOL: டிரான்ஸிஸ்டரின் அமைப்பையும் அது வேலை செய்யும் விதத்தையும் இதற்கு முன் பார்த்தோம். நமக்கு தேவையான டிரான்ஸிஸ்டரின் அமைப்பு கீழே படத்தில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

• இதில் டிரான்ஸிஸ்டர் இல்லாத இடங்களில் மின்கடத்தாப் பொருளால் (insulator) நிரப்ப வேண்டும். அதற்கு சிலிக்கனில் சுமார் 200 நே.மி. ஆழத்திற்கு பள்ளம் தோண்ட வேண்டும். அதற்கு மாஸ்க்/mask எனப்படும் முகமூடி போன்ற அமைப்பினால் “இந்த இடங்களில் மட்டும் பள்ளம் தோண்ட வேண்டும்” என்று வரையறுத்து அல்லது குறித்து, அங்கே மட்டும் சிலிக்கனை ‘அரித்து’ எடுத்தால், பள்ளம் (அகழி போல) வரும். இதைத் தயாரிக்க, வேஃபரில், சில இடங்களில் மட்டும் சிலிக்கனை நீக்க வேண்டும். இது அடுத்த இரு படங்களில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.
  
  
  
  எனவே ஐ.சி. தயாரிக்க , ‘பொருளை நீக்கும்” வழிமுறையும் எந்த இடத்தில் நீக்க வேண்டும், எந்த இடத்தில் நீக்கக்கூடாது என்று “வரையறுக்கும்” திறனும் தேவை என்பது தெரிகிறது.
• அதன் பின், இந்த அகழிகளை கண்ணாடியால் நிரப்ப வேண்டும். (கண்ணாடியின் ரசாயனப் பெயர் சிலிக்கன் டை ஆக்ஸைடு என்பதாகும்). பொதுவாக மணலை உருக்கி கண்ணாடி செய்யப் படும். ஆனல் இந்த இடத்தில் சில வாயுக்களின் வேதி வினை மூலம் கண்ணாடி படிய வைக்கப் படும். எந்த முறையில் செய்தாலும், நாம் இந்த அகழிகளில் மட்டும் படிய வைக்க இயலாது; வேஃபர் மேல், மற்ற இடங்களிலும் கண்ணாடி படியும். (இந்த ட்ரென்ச் / trench/ அகழி/பள்ளத்தின் அளவு மிகவும் சிறியது; சுமார் 200 நே.மி. அகலம், 200 நே.மி. ஆழம் மற்றும் 1 மைக்ரான் நீளம் இருக்கலாம் என்பதை நினைவு கொள்ளவும்) இங்கே “படிய வைக்கும்” வழிமுறையும் தேவை என்பது விளங்குகிறது. இது அடுத்த வரைபடத்தில் உள்ளது.
  
• அதன் பின்னர் அதிகமாக படிந்த (தேவையற்ற) சிலிக்கன் டை ஆக்ஸைடு “சி.எம்.பி.” என்ற முறையில் நீக்கப்படுகிறது (அடுத்த படம்).
  
• . அடுத்து கேட் ஆக்ஸைடு என்ற கண்ணாடி வேஃபர் முழுதும் படிய வைக்கப்படும்.
  
  
• அதன் மேல் பாலி சிலிக்கன் என்ற பொருளும் படிய வைக்கப்படும்.
  'பாலி சிலிக்கன்' என்பது "பாலி க்ரிஸ்டலைன் சிலிக்கன்" (Poly crystalline Silicon) என்பதன் சுருக்கம் ஆகும். இப்போதைக்கு இதை ஒரு விதமான சிலிக்கன் என்று மட்டும் வைத்துக் கொள்வோம்
• அடுத்து வேறு ஒரு மாஸ்க் (mask) பயன்படுத்தி, கேட் தவிர மற்ற எல்லா இடங்களிலும் பாலி சிலிக்கனும் கேட் ஆக்சைடும் நீக்கப்படும். எந்த இடத்தில் எல்லாம் பாலி சிலிக்கனும் கேட் ஆக்ஸைடும் தேவையில்லை என்பதைக் குறித்து / வரையறுத்துக் கொள்வது அடுத்த வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டு உள்ளது.
  
• தேவையற்ற பொருளை நீக்கிய பிறகு எந்த நிலையில் இருக்கும் என்பது கீழிருக்கும் வரை படத்தில் உள்ளது.
  
• இறுதியாக “குறிப்பிட்ட இடங்களில்” பாஸ்பரஸ்(phosphorous) போன்ற N-டைப் மாசுக்களையும், வேறு குறிப்பிட்ட இடங்களில் போரான் (boron) போன்ற P-டைப் மாசுக்களையும் சேர்த்தால் டிரான்ஸிஸ்டர் தயார்!
  
  
  வேஃபர் முழுவதும் டிரான்ஸிஸ்டர்கள் தயாரிக்கப்பட்டு விடுகின்றன. இந்நிலையில் ஃபியோல் முடிவடைந்து விடுகிறது.
  

இதன் மூலம் டிரான்ஸிஸ்டர்களை தயாரிக்க (1) இடங்களை குறிக்கும் அல்லது வரையறுக்கும் முறையும் (2) பொருளைப் படிய வைக்கும் முறையும் (3) அதிகமாக / தேவை இல்லாமல் இருக்கும் பொருளை நீக்கும் முறையும் (4) N- டைப் மற்றும் P-டைப் மாசுக்களை சேர்க்கும் முறையும் வேண்டும் என்பது விளங்குகிறது.

பியோல் (BEOL) பகுதியில் இருக்கும் முறைகளை அடுத்த பதிவில் பார்க்கலாம்.