अर्धचालक घटक विनिर्माण में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कच्चे माल को तैयार घटकों में बदलने के लिए जटिल उत्पादन प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है, जो महत्वपूर्ण नियंत्रण और संवेदन कार्य प्रदान करती है।
सेमीकंडक्टर विनिर्माण में कच्चे माल को अंतिम तैयार घटकों में बदलने के लिए जटिल प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल है। सेमीकंडक्टर विनिर्माण प्रक्रिया में आम तौर पर चार मुख्य चरण शामिल होते हैं: वेफर विनिर्माण, वेफर परीक्षण असेंबली या पैकेजिंग, और अंतिम परीक्षण। प्रत्येक चरण की अपनी अनूठी चुनौतियाँ और अवसर होते हैं।
सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया में लागत, जटिलता, विविधता और उपज सहित कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, लेकिन यह नवाचार और विकास के लिए बेहतरीन अवसर भी लेकर आती है। कठिनाइयों को संबोधित करके और अवसरों का लाभ उठाकर, हम अपने जीने और काम करने के तरीके को बदलने के लिए नई तकनीकों के विकास को बढ़ावा दे सकते हैं, साथ ही उद्योग को विकसित और विकसित होने में सक्षम बना सकते हैं।
一. अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रिया का अवलोकन
अर्धचालकों के निर्माण की प्रक्रिया को निम्नलिखित प्रमुख चरणों में विभाजित किया जा सकता है।
1. वेफर की तैयारी
सेमीकंडक्टर प्रक्रिया के लिए सिलिकॉन वेफर्स को शुरुआती सामग्री के रूप में चुना जाता है। वेफर्स को साफ किया जाता है, पॉलिश किया जाता है और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए सब्सट्रेट के रूप में उपयोग के लिए तैयार किया जाता है।
2. पैटर्निंग
इस प्रक्रिया में, फोटोलिथोग्राफी नामक प्रक्रिया का उपयोग करके सिलिकॉन वेफ़र पर पैटर्न बनाए जाते हैं। वेफ़र की सतह पर जंग-रोधी फोटोरेसिस्ट की एक परत लगाई जाती है, और फिर वेफ़र के ऊपर एक मास्क लगाया जाता है। मास्क में प्रासंगिक पूर्व-निर्मित इलेक्ट्रॉनिक घटकों के अनुरूप एक पैटर्न होता है। फिर पैटर्न को पराबैंगनी प्रकाश का उपयोग करके मास्क से फोटोरेसिस्ट परत में स्थानांतरित किया जाता है। फिर उजागर फोटोरेसिस्ट क्षेत्रों को हटा दिया जाता है, जिससे वेफ़र पर एक पैटर्न वाली सतह बन जाती है।
3. सामग्री डोपिंग
इस चरण में, सिलिकॉन वेफर में इसके विद्युत गुणों को बदलने के लिए सामग्री डाली जाती है। सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री बोरॉन या फॉस्फोरस है, जिसे क्रमशः पी-टाइप या एन-टाइप सेमीकंडक्टर बनाने के लिए थोड़ी मात्रा में जोड़ा जा सकता है। इन सामग्रियों को आयन त्वरण का उपयोग करके वेफर की सतह में प्रत्यारोपित किया जाता है, जिसे आयन प्रत्यारोपण कहा जाता है।
4. वेफर जमाव प्रसंस्करण
इस प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉनिक घटक बनाने के लिए पतली फिल्म सामग्री को वेफर पर जमा किया जाता है। इसे विभिन्न तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें रासायनिक वाष्प जमाव (CVD), भौतिक वाष्प जमाव (PVD), और परमाणु परत जमाव (ALD) शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं का उपयोग धातुओं, ऑक्साइड और नाइट्राइड जैसी सामग्रियों को जमा करने के लिए किया जा सकता है।
5. नक्काशी
इलेक्ट्रॉनिक घटक के लिए आवश्यक आकार और संरचना बनाने के लिए वेफर की सतह से सामग्री का हिस्सा निकालना। नक़्काशी कई तरह की तकनीकों का उपयोग करके की जा सकती है, जिसमें गीली नक़्काशी, सूखी नक़्काशी और प्लाज़्मा नक़्काशी शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं में वेफर से चुनिंदा विशिष्ट सामग्रियों को हटाने के लिए रसायनों या प्लाज़्मा का उपयोग किया जाता है।
6. पैकेजिंग
इलेक्ट्रॉनिक घटकों को एक अंतिम उत्पाद में पैक किया जाता है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जा सकता है। इसमें घटकों को एक सब्सट्रेट जैसे कि प्रिंटेड सर्किट बोर्ड से जोड़ना और फिर उन्हें तारों या अन्य साधनों का उपयोग करके अन्य घटकों से जोड़ना शामिल है। सेमीकंडक्टर प्रक्रियाएँ बहुत जटिल होती हैं और इसमें कई तरह के विशेष उपकरण और सामग्री शामिल होती हैं। ये प्रक्रियाएँ आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए आवश्यक हैं और नई तकनीकों के पुनरावृत्ति के साथ विकसित होती रहती हैं।
आम तौर पर, सेमीकंडक्टर चिप्स बनाने की प्रक्रिया में कुछ सप्ताह से लेकर कुछ महीने तक का समय लगता है। पहले चरण से शुरू करके, चिप के लिए सब्सट्रेट के रूप में काम करने के लिए एक सिलिकॉन वेफर का निर्माण किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया में आम तौर पर निम्नलिखित प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं, सफाई, जमाव, लिथोग्राफी, नक्काशी और डोपिंग। वेफर को सैकड़ों अलग-अलग प्रक्रिया संचालन से गुजरना पड़ सकता है, इसलिए पूरी वेफर निर्माण प्रक्रिया में 16-18 सप्ताह तक का समय लग सकता है।
एक बार जब अलग-अलग चिप्स वेफर पर निर्मित हो जाते हैं, तो उन्हें अलग करके अलग-अलग इकाइयों में पैक किया जाना चाहिए। इसमें प्रत्येक चिप का परीक्षण करना भी शामिल है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि यह विनिर्देशों को पूरा करता है, और फिर इसे वेफर से अलग करके पैकेज या सब्सट्रेट पर माउंट करना। चिप्स पैक होने के बाद, वे यह सुनिश्चित करने के लिए एक कठोर परीक्षण प्रक्रिया से गुजरेंगे कि वे गुणवत्ता मानकों को पूरा करते हैं और अपेक्षित कार्य प्राप्त करते हैं। इसमें किसी भी दोष या समस्या की पहचान करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक परीक्षण, कार्यात्मक परीक्षण और अन्य प्रकार के सत्यापन परीक्षण चलाना शामिल है। यह चिप की जटिलता और आवश्यक परीक्षण आवश्यकताओं पर भी निर्भर करता है, इसलिए इस पैकेजिंग और परीक्षण प्रक्रिया में 8-10 सप्ताह लग सकते हैं।
कुल मिलाकर, सेमीकंडक्टर चिप्स के उत्पादन की पूरी प्रक्रिया में कई सप्ताह या महीने लग सकते हैं, क्योंकि यह प्रयुक्त प्रासंगिक प्रौद्योगिकियों और चिप डिजाइन की जटिलता पर निर्भर करता है।
2. सेमीकंडक्टर विनिर्माण में रुझान और चुनौतियाँ
1. पैटर्न स्थानांतरण
पैटर्न स्थानांतरण प्रौद्योगिकी में प्रगति अर्धचालक उद्योग के तीव्र विकास का एक प्रमुख चालक बन गई है, जिससे छोटे और अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक घटकों का निर्माण संभव हो गया है।
पैटर्न ट्रांसफर तकनीक में एक प्रमुख प्रगति उन्नत लिथोग्राफी का विकास है, जो प्रकाश या अन्य विकिरण स्रोतों का उपयोग करके पैटर्न को माध्यम में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। विशेष रूप से, हाल के वर्षों में विकसित लिथोग्राफी तकनीकें, जैसे कि एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट (ईयूवी) लिथोग्राफी और मल्टीपल पैटर्निंग तकनीक, का उपयोग छोटे और अधिक जटिल ग्राफिक्स बनाने के लिए किया जाता है।
EUV लिथोग्राफी सिलिकॉन वेफ़र्स पर अत्यंत सटीक पैटर्न बनाने के लिए प्रकाश की अत्यंत लघु-तरंगदैर्ध्य किरणों का उपयोग करती है। यह तकनीक कुछ नैनोमीटर जितने छोटे आकार बना सकती है, जो माइक्रोप्रोसेसर जैसे उन्नत इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए आवश्यक है।
मल्टीपल पैटर्निंग एक और लिथोग्राफी तकनीक है जो छोटे पैटर्न बना सकती है। इस तकनीक में एक पैटर्न को कई माइक्रो-पोलर पैटर्न में तोड़ना और फिर उन्हें वेफर की सतह पर स्थानांतरित करना शामिल है। नतीजतन, बनाया गया पैटर्न लिथोग्राफी में इस्तेमाल होने वाले विकिरण की तरंग दैर्ध्य से छोटा हो सकता है।
2. डोपिंग
डोपेंट सिलिकॉन वेफर्स में विशिष्ट मीडिया को जोड़ने की प्रक्रिया है, जिससे उनके विद्युत गुणों में बदलाव होता है। डोपिंग तकनीक में प्रगति सेमीकंडक्टर उद्योग के तेजी से विकास में एक महत्वपूर्ण कारक रही है। यह तकनीकी उन्नति नई डाइइलेक्ट्रिक सामग्रियों के उद्भव के कारण है।
परंपरागत रूप से, बोरॉन और फॉस्फोरस सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली डोपिंग सामग्री हैं क्योंकि वे क्रमशः पी-टाइप और एन-टाइप अर्धचालक बना सकते हैं। हालाँकि, हाल के वर्षों में, जर्मेनियम, आर्सेनिक और एंटीमनी जैसी नई सामग्री विकसित की गई है और इनका उपयोग अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए किया जा सकता है।
डोपिंग तकनीक में एक और उन्नति अधिक सटीक डोपिंग प्रक्रियाओं की उन्नति है। अतीत में, आयन प्रत्यारोपण डोपिंग के लिए इस्तेमाल की जाने वाली मुख्य तकनीक थी, जिसमें वेफर की सतह में डाइइलेक्ट्रिक्स को प्रत्यारोपित करने के लिए उच्च गति वाले आयनों का उपयोग शामिल था। हालाँकि आयन प्रत्यारोपण अभी भी आम तौर पर इस्तेमाल किया जाता है, लेकिन डोपिंग प्रक्रिया के अधिक सटीक नियंत्रण को सक्षम करने के लिए आणविक बीम एपिटेक्सी (एमबीई) और रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) जैसी नई तकनीकें विकसित की गई हैं।
3. निक्षेपण
अर्धचालक निर्माण में निक्षेपण एक अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रिया है, जिसमें सब्सट्रेट पर सामग्री की एक पतली फिल्म को निक्षेपित करना शामिल है। इस प्रक्रिया को विभिन्न तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जैसे कि भौतिक वाष्प निक्षेपण (PVD), रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD), परमाणु परत निक्षेपण (ALD), आदि।
साथ ही, नई प्रौद्योगिकियां भी लगातार विकसित हो रही हैं, जिनमें धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प निक्षेपण (एमओसीवीडी), प्लाज्मा संवर्धित निक्षेपण, रोल-टू-रोल निक्षेपण आदि शामिल हैं।
4. नक्काशी
नक़्काशी में पैटर्न या संरचना बनाने के लिए अर्धचालक पदार्थों के विशिष्ट भागों को हटाना शामिल है। नक़्काशी प्रौद्योगिकी में प्रगति अर्धचालक उद्योग के तेज़ी से विकास का मुख्य कारण है और यह छोटे और अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण के लिए भी एक महत्वपूर्ण तकनीक है।
अतीत में, गीली नक्काशी मुख्य रूप से इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक थी, जिसमें वेफर को एक घोल में डुबोया जाता है जो सामग्री को घोल देता है। हालाँकि, गीली नक्काशी सटीक नहीं है और इससे आस-पास की संरचनाओं को नुकसान हो सकता है।
ड्राई एचिंग तकनीक के उद्भव ने अधिक सटीक और अत्यधिक नियंत्रणीय एचिंग उत्पादन को सक्षम किया है, जैसे कि रिएक्टिव आयन एचिंग (RIE) और प्लाज़्मा एचिंग। RIE एक ऐसी तकनीक है जो वेफर से चुनिंदा सामग्री को हटाने के लिए रिएक्टिव आयनों का उपयोग करती है, जिससे एचिंग प्रक्रिया पर सटीक नियंत्रण संभव होता है।
प्लाज्मा एचिंग एक ऐसी ही तकनीक है जिसमें पदार्थ को हटाने के लिए गैस प्लाज्मा का उपयोग किया जाता है, लेकिन इसका अतिरिक्त लाभ यह है कि इसमें धातु या सिलिकॉन जैसे विशिष्ट पदार्थों को चुनिंदा रूप से हटाया जा सकता है।
5. पैकेजिंग
सेमीकंडक्टर निर्माण में पैकेजिंग प्रक्रिया में एक एकीकृत सर्किट को एक सुरक्षात्मक आवरण में समाहित करना शामिल है जो बाहरी दुनिया को विद्युत कनेक्शन भी प्रदान करता है। पैकेजिंग प्रक्रिया अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और लागत को प्रभावित करती है।
3D पैकेजिंग में उच्च घनत्व वाले एकीकृत सर्किट बनाने के लिए कई चिप्स को एक साथ रखना शामिल है। यह तकनीक डिवाइस के समग्र आकार को कम कर सकती है और इसके प्रदर्शन को बेहतर बना सकती है, साथ ही बिजली की खपत को भी कम कर सकती है।
फैन-आउट पैकेजिंग एक ऐसी तकनीक है जो इपॉक्सी मोल्डिंग कम्पाउंड की एक परत में एकीकृत सर्किट को एम्बेड करती है, जिसमें विद्युत कनेक्शन के लिए चिप से फैले तांबे के खंभों का उपयोग किया जाता है। यह तकनीक छोटे आकार में उच्च घनत्व वाली पैकेजिंग को सक्षम बनाती है।
सिस्टम-इन-पैकेज (SiP) एक और तकनीक है जो कई चिप्स, सेंसर और अन्य घटकों को एक ही पैकेज में एकीकृत करती है। यह डिवाइस के समग्र आकार को कम कर सकता है और साथ ही इसके समग्र प्रदर्शन में भी सुधार कर सकता है।
