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क्वांटम शर्मा · सिलिकॉन एटलस

सिलिकॉन उपकरण बनाना: वेफ़र से जाँचे हार्डवेयर तक

समझें कि परत चढ़ाना, पैटर्न बनाना, डोपिंग, इंटरकनेक्ट, पैकेजिंग और परीक्षण क्या करते हैं। मॉडल से RTL, FPGA या उपयुक्त भौतिक डिज़ाइन प्रक्रिया तक अगला व्यावहारिक कदम चुनें।

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वेफ़र से उपकरण निर्माण की शुरुआत होती है

तैयार वेफ़र कई उपकरणों का आधार है। फ़ैब में बार-बार पदार्थ जोड़ते हैं, पैटर्न तय करते हैं, चुना पदार्थ हटाते हैं, स्थानीय गुण बदलते हैं और परिणाम मापते हैं। यह नक्शा काम का उद्देश्य बताता है, सार्वभौमिक निर्माण विधि नहीं: क्रम और दोहराव प्रक्रिया तथा उपकरण की बनावट पर निर्भर हैं।

स्रोत: Lam Research: परत चढ़ाना, एचिंग और सफ़ाई ↗

तीन अलग परिणाम
चरणआपके पास क्या हैइससे क्या सिद्ध नहीं होता
लॉजिक डिज़ाइनइनपुट और आउटपुट का तय संबंध।भौतिक ट्रांज़िस्टर या तार बन चुके हैं।
भौतिक लेआउटकिसी खास प्रक्रिया के लिए बनाई आकृतियाँ और परतें।बने उपकरण विनिर्देश पूरा करते हैं।
जाँचा हुआ उपकरणबताई परिस्थितियों में जाँचा निर्मित हार्डवेयर।हर संभव उपयोग या परिस्थिति जाँची गई।

परत जोड़ें, पैटर्न बनाएँ, उसे स्थानांतरित करें

डिपॉज़िशन पदार्थ की पतली परत जोड़ता है। लिथोग्राफी प्रकाश-संवेदनशील रेज़िस्ट पर पैटर्न में प्रकाश डालती है; डेवलपमेंट चुने भाग खोलता है। एचिंग चुना पदार्थ हटाकर पैटर्न को नीचे की परत में पहुँचा सकती है। रेज़िस्ट अस्थायी प्रक्रिया पदार्थ है, तैयार धातु का सर्किट नहीं। परत चढ़ाना, लिथोग्राफी और एचिंग अलग काम करते हैं।

स्रोत: ASML: अर्धचालक निर्माण के चरण ↗

विद्युत व्यवहार सोच-समझकर बदलें

डोपिंग में विद्युत गुण नियंत्रित करने के लिए चुने परमाणु जानबूझकर जोड़े जाते हैं। आयन इम्प्लांटेशन एक तरीका है; तापीय प्रक्रिया डोपेंट सक्रिय करने और इम्प्लांटेशन की क्षति सुधारने में मदद कर सकती है। डोपिंग का अर्थ दिखाई देने वाला तार जोड़ना नहीं है। दूषण अनचाहा होता है, जबकि डोपेंट उद्देश्य के अनुसार चुना, मापा और रखा जाता है।

स्रोत: Applied Materials: विद्युत गुण बदलना ↗

क्रिस्टल वृद्धि के दौरान भी डोपेंट जोड़े जा सकते हैं। शुद्धीकरण और सोच-समझकर डोपिंग साथ संभव हैं: कौन-से परमाणु कहाँ हों, उनका नियंत्रण महत्त्वपूर्ण है।

स्रोत: Siltronic: क्रिस्टल वृद्धि और वेफ़र प्रक्रिया ↗

उपकरण जोड़ें और चालक भाग अलग रखें

इंटरकनेक्ट संकेत और बिजली पहुँचाते हैं। धातु रास्ते इन्सुलेटिंग डाइइलेक्ट्रिक परतों में होते हैं; वाया तारों के स्तर जोड़ते हैं। भराई, पॉलिश और निरीक्षण उपयोगी जोड़ बनाते हैं। केवल जोड़ का चित्र प्रतिरोध, धारिता या निर्माण गुणवत्ता नहीं बताता।

स्रोत: Applied Materials: इंटरकनेक्ट के पदार्थ ↗

सौर सेल प्रक्रिया में भी जंक्शन, सतही परतें और संपर्क जुड़ते हैं। उसकी बनावट लॉजिक चिप से अलग है। सेल प्रकाश से बने आवेश वाहक एकत्र करता है; जुड़े और सुरक्षित किए सेल से मॉड्यूल बनता है।

स्रोत: अमेरिकी ऊर्जा विभाग: सौर सेल के पदार्थ ↗ · अमेरिकी ऊर्जा विभाग: PV निर्माण ↗

वेफ़र जाँचें, डाई अलग करें, पैकेज करें और फिर जाँचें

वेफ़र प्रोबिंग में डाई वेफ़र पर रहते हुए विद्युत व्यवहार जाँचते हैं। डाइसिंग अलग-अलग डाई काटकर अलग करती है। पैकेजिंग उचित जोड़, सुरक्षा और तापीय सहारा देती है; आगे विद्युत और विश्वसनीयता परीक्षण असेंबल उत्पाद जाँचते हैं। प्रक्रिया बदल सकती है और एक पैकेज में एक से अधिक डाई हो सकते हैं।

स्रोत: Intel Foundry: वेफ़र परीक्षण और पैकेजिंग ↗ · Intel: असेंबली और परीक्षण का परिचय ↗

अभी क्या बना और जाँच सकते हैं

कागज़ या निःशुल्क ब्राउज़र गतिविधियों से शुरू करें। पदार्थ के चरण क्रम में रखें, हर बदलाव समझाएँ, फिर छोटा लॉजिक सर्किट बनाएँ और चलाने से पहले हर बाइनरी आउटपुट का अनुमान लगाएँ। गतिविधि व्यवहार का मॉडल है। वह क्वार्ट्ज़ का अपचयन, वेफ़र की वृद्धि या खींचे गेट का निर्माण नहीं करती।

लॉजिक लैब आजमाएँ →

ये पृष्ठ औद्योगिक प्रक्रियाओं का उद्देश्य समझाते हैं। भट्ठी में अपचयन, रासायनिक शुद्धीकरण, एचिंग और वेफ़र प्रक्रिया के लिए विशेष सुविधाएँ तथा प्रशिक्षित दल चाहिए। इस सीखने के मार्ग में मॉडल और पहले से बने उपकरण उपयोग करें; पदार्थ की कहानी घर पर रसायन आजमाने के निर्देश नहीं है।

आवश्यक प्रमाण के अनुसार अगला चरण चुनें

मॉडल से हार्डवेयर की ओर
मार्गक्या सीखते या बनाते हैं
RTL और सिमुलेशनसर्किट लिखें, स्वतंत्र अपेक्षित परिणाम तय करें और व्यवहार जाँचें।
FPGAपहले से बने प्रोग्राम योग्य लॉजिक को कॉन्फ़िगर करके बोर्ड पर जाँचें।
भौतिक डिज़ाइन प्रक्रियाडिज़ाइन मैप करें, सेल रखें, जोड़ राउट करें और प्रक्रिया के अनुसार रिपोर्ट देखें।
निर्माण के लिए सहयोगउपयुक्त सुविधाओं के साथ प्रक्रिया, स्वीकार जाँच, पैकेजिंग और परीक्षण योजना तय करें।

FPGA में मौजूदा प्रोग्राम योग्य हार्डवेयर कॉन्फ़िगर होता है; नया सिलिकॉन डाई नहीं बनता। नए IC के लिए प्रोसेस डिज़ाइन किट (PDK) प्रक्रिया के अनुसार उपकरण और लेआउट के आँकड़े देती है। OpenROAD डिजिटल भौतिक डिज़ाइन में मदद करता है, पर टूल मिलने से हर निजी PDK या फाउंड्री की स्वीकृति नहीं मिलती।

स्रोत: AMD: प्रोग्राम योग्य लॉजिक और FPGA ↗ · SkyWater: SKY130 प्रक्रिया के डिज़ाइन नियम ↗ · OpenROAD: भौतिक डिज़ाइन और प्रक्रिया समर्थन ↗

RTL से IC तक की मार्गदर्शिका पढ़ें →

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स्रोत और आगे पढ़ें

निर्माता और उपकरण के अनुसार प्रक्रियाएँ बदलती हैं। व्याख्याएँ और अभ्यास मूल शिक्षण सामग्री हैं; दिए स्रोत बताए औद्योगिक चरणों का आधार हैं।