प्रस्तावना

मुझे अपने पहले एकीकृत सर्किट के बारे में विस्तार से बताने और इस परियोजना के ट्विस्ट और मोड़ को साझा करने में बहुत खुशी हो रही है, जिसे मैं पिछले एक साल में लगा रहा था। मुझे उम्मीद है कि मेरी सफलता दूसरों को प्रेरित करेगी और होम चिप्स के उत्पादन में एक क्रांति शुरू करने में मदद करेगी। जब मैंने इस परियोजना को शुरू किया, तो मुझे नहीं पता था कि मैं इसमें शामिल क्या हूं, लेकिन अंत में मैंने भौतिकी, रसायन विज्ञान, प्रकाशिकी, इलेक्ट्रॉनिक्स और कई अन्य क्षेत्रों के बारे में जितना सोचा था उससे अधिक सीखा।

इसके अलावा, मेरे प्रयासों को दुनिया भर से सबसे सकारात्मक समीक्षा और समर्थन के साथ ही किया गया था। मैं उन सभी के लिए ईमानदारी से आभारी हूं जिन्होंने मेरी मदद की, इस परियोजना के लिए सलाह दी और प्रेरित किया। विशेष रूप से मेरे अद्भुत माता-पिता के लिए जो न केवल हमेशा मेरी मदद करते हैं और मुझे प्रोत्साहित करते हैं, बल्कि एक कार्यस्थल भी प्रदान किया है और बिजली की लागत के साथ रखा है ... धन्यवाद!



आगे की हलचल के बिना, मैं घर (गेराज) स्थितियों में लिथोग्राफिक विधि द्वारा निर्मित पहला एकीकृत सर्किट (आईसी) प्रस्तुत करता हूं - जेड 1 दोहरी अंतर एम्पलीफायर की पीएमओएस चिप।

मैं कहता हूं कि "लिथोग्राफिक विधि द्वारा बनाया गया" क्योंकि जेरी एल्सवर्थ ने पहले ट्रांजिस्टर और लॉजिक गेट (हाथ से संचालन करने वाले एपॉक्सी द्वारा सावधानीपूर्वक कनेक्शन के साथ) का निर्माण किया और दुनिया को दिखाया कि यह संभव है। उसके काम से प्रेरित होकर, मैं एक परिमाप्य, मानक फोटोलिथोग्राफ़िक प्रक्रिया द्वारा निर्मित एकीकृत सर्किट प्रस्तुत करता हूं। कहने की जरूरत नहीं है, यह मेरे पिछले काम की तुलना में एक तार्किक कदम है, जहां मैंने जेरी क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर को पुन: पेश किया ।

डिज़ाइन

जब मैंने अपनी प्रक्रिया का परीक्षण और ट्यून करने के लिए एक सरल चिप की तलाश की तो मैंने Z1 एम्पलीफायर विकसित किया । चार मास्क (सक्रिय / डोपेड क्षेत्र, गेट ऑक्साइड, संपर्क खिड़की और शीर्ष धातु की परत) के साथ पीएमओएस प्रक्रिया के लिए मैजिक वीएलएसआई में लेआउट बनाया गया था। गैरेज में निर्माण के कारण आयनिक अशुद्धियों पर विचार करने पर PMOS पर NMOS पर एक फायदा है। प्रक्षेपण को सरल बनाने के लिए मास्क 16: 9 के पहलू अनुपात के साथ डिज़ाइन किए गए हैं।


मैजिक वीएलएसआई लेआउट


मुखौटा पीढ़ी


सक्रिय क्षेत्र


शटर


संपर्क


धातु

शटर का आकार लगभग 175 माइक्रोन है, हालांकि आकार में 2 माइक्रोन तक के तत्व सत्यापन के लिए चिप पर बने होते हैं। प्रत्येक एम्पलीफायर सेक्शन (केंद्र और दाएं) में तीन ट्रांजिस्टर होते हैं ( एक सामान्य कैथोड प्रतिरोध के साथ एक पुश-पुल सर्किट के लिए दो और एक वर्तमान स्रोत / लोड रोकनेवाला के रूप में), जिसका अर्थ है प्रति आईसी में कुल छह ट्रांजिस्टर। प्रक्रिया की विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए प्रतिरोधों, कैपेसिटर, डायोड और अन्य परीक्षण तत्वों के बाईं ओर। अंतर जोड़े के प्रत्येक नोड आउटपुट फ्रेम पर एक अलग पिन के साथ सामने आता है, इसलिए इसका अध्ययन किया जा सकता है, और यदि आवश्यक हो, तो एक बाहरी ऑफसेट जोड़ें।

निर्माण

विनिर्माण प्रक्रिया में 66 व्यक्तिगत चरण होते हैं और लगभग 12 घंटे लगते हैं। बड़ी वस्तुओं के लिए उपज 80% तक पहुंच जाती है, लेकिन यह इस बात पर निर्भर करता है कि आप किसी विशेष दिन कितनी कॉफी पीते हैं। मैंने माइक्रोक्रिसिट उत्पादन के सिद्धांत के बारे में और अलग से MOS ट्रांजिस्टर के निर्माण के बारे में YouTube पर एक वीडियो रिकॉर्ड किया।

50 मिमी (2 ") सिलिकॉन वेफर्स को एपिलॉग फाइबर लेजर के साथ 5.08 x 3.175 मिमी क्रिस्टल (लगभग 16 मिमी² क्षेत्र) में तोड़ा जाता है। क्रिस्टल के आकार को क्योसेरा 24-पिन डीआईपी पैकेज में फिट करने के लिए चुना जाता है।


एन-टाइप प्लेट 50 मिमी


एन-टाइप प्लेट 50 मिमी

सबसे पहले, देशी ऑक्साइड को पतला हाइड्रोजन फ्लोराइड में तेजी से विसर्जन द्वारा प्लेट से निकाल दिया जाता है, इसके बाद एक पिरान्हा नक़्क़ाशी मिश्रण (सल्फ्यूरिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड का मिश्रण) के साथ गहन उपचार, एक आरसीए 1 मिश्रण (पानी, अमोनिया, हाइड्रोजन पेरोक्साइड), एक आरसीए 2 मिश्रण (पानी, हाइड्रोक्लोरिक एसिड)। हाइड्रोजन पेरोक्साइड) और हाइड्रोजन फ्लोराइड में बार-बार विसर्जन।

सुरक्षात्मक ऑक्साइड थर्मामीटर से 5000-8000 ide की मोटाई के परिवेश वायु (गीला ऑक्सीकरण) के जल वाष्प में उगाया जाता है।


गीले थर्मल ऑक्सीकरण


गीले थर्मल ऑक्सीकरण


ट्यूब भट्टी


ऑक्सीकृत प्लेट

ऑक्सीकृत प्लेट सक्रिय / डॉप्ड (पी-प्रकार) क्षेत्र में बनने के लिए तैयार है। AZ4210 फ़ोटोरसिस्ट को लगभग 3000 आरपीएम पर घूमने वाले स्तन पर लगाया जाता है, जिससे 3.5 माइक्रोन मोटी एक फिल्म बनती है, जिसे एक इलेक्ट्रिक स्टोव पर 90 ° C पर धीरे से सुखाया जाता है।

विस्तार से लिथोग्राफी प्रक्रिया

कोर मास्क को 365 एनएम के एक कदम के साथ पराबैंगनी में मेरे फोटोलिथोग्राफ़िक स्टेपर मार्क IV द्वारा संसाधित किया जाता है - और संरचना को पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड के समाधान में काम किया जाता है।


प्रतिरोध संरचना


प्रतिरोध संरचना


30 मिनट सूखना


कोर नक़्क़ाशी

इसके बाद, प्रतिरोध संरचना को मजबूत किया जाता है और हाइड्रोजन फ्लोराइड में अगले नक़्क़ाशी के दौरान अच्छा आसंजन और रासायनिक प्रतिरोध सुनिश्चित करने के लिए कई अन्य तरकीबों का उपयोग किया जाता है, जो इस संरचना को गेट ऑक्साइड परत में स्थानांतरित करता है और डोपिंग के लिए नंगे सिलिकॉन के लिए खिड़कियां खोलता है। ये क्षेत्र बाद में ट्रांजिस्टर का स्रोत और नाली बन जाएंगे।


पार्टिकल्स शटर को बंद कर देते हैं


Etched फाटकों के साथ मिश्र धातु क्रिस्टल

इसके बाद, मिश्र धातु का प्रदर्शन किया जाता है, अर्थात, अशुद्धियों को ठोस या तरल स्रोत से पेश किया जाता है। एक ठोस स्रोत के रूप में, एक बोरान नाइट्राइड डिस्क का उपयोग किया जाता है, एक ट्यूबलर भट्ठी में प्लेट से पास (2 मिमी से कम) स्थित होता है। वैकल्पिक रूप से, आप पानी या एक विलायक में फॉस्फोरिक या बोरिक एसिड का एक तरल स्रोत तैयार कर सकते हैं - हाइड्रोजन फ्लोराइड / विसरण / ग्लेज़ को हटाने / लगाने के मानक प्रक्रिया के अनुसार डोप करें।

उपरोक्त पैटर्निंग चरण तब गेट ऑक्साइड और संपर्क परत के लिए दो बार दोहराया जाता है। गेट ऑक्साइड सुरक्षात्मक ऑक्साइड की तुलना में बहुत पतला (~ 750 be से कम) होना चाहिए, इसलिए नाली / स्रोत के बीच के क्षेत्र खोदे गए हैं - और एक पतला ऑक्साइड वहां उगाया जाता है। फिर, चूंकि पूरी प्लेट को डोपिंग चरण पर ऑक्सीकरण किया गया था, इसलिए डॉप्ड सोर्स / ड्रेन ज़ोन के साथ धातु की परत के संपर्क को स्थापित करने के लिए संपर्क खिड़कियों को खोदना चाहिए।



अब सभी ट्रांजिस्टर बनते हैं और आउटपुट फ्रेम तक पहुंच के साथ इंटरकनेक्ट के लिए तैयार होते हैं। एल्यूमीनियम की सुरक्षात्मक परत (400-500 एनएम) को छिड़काव या थर्मली रूप से प्लेट पर छिड़का जाता है। एक विकल्प लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया होगी, जब एक फोटोरिस्ट पहले बनता है और फिर धातु जमा होता है।


छिड़काव किया हुआ धातु


छिड़काव किया हुआ धातु

फिर, धातु की परत पर एक फोटोलिथोग्राफी पैटर्न का गठन किया जाता है और गर्म फॉस्फोरिक एसिड में etched एकीकृत सर्किट के निर्माण को पूरा करने के लिए होता है। परीक्षण से पहले अंतिम चरण ओमिक जंक्शनों के निर्माण के लिए एल्यूमीनियम का दृश्य निरीक्षण और उच्च तापमान की घोषणा है।







चिप अब पैकेजिंग और परीक्षण के लिए तैयार है।

मेरे पास माइक्रोलेडर इंस्टॉलेशन नहीं है (मैं दान स्वीकार करता हूं!), इसलिए अब परीक्षण की प्रक्रिया तेज चिमटी के साथ प्लेट को फैलाने या फ्लिप-चिप बोर्ड (संरेखित करना मुश्किल) का उपयोग करके वर्णमाला के कनेक्शन के साथ सीमित है। ऑपरेटिबिलिटी को सत्यापित करने के लिए अंतर एम्पलीफायर को सर्किट में अनुभवजन्य रूप से परीक्षण किया जाता है।




वक्र IV


वक्र IV

पिछले NMOS डिवाइस से FET Ids / Vds वक्र

बेशक, ये वक्र आदर्श से बहुत दूर हैं (अत्यधिक संपर्क प्रतिरोध और अन्य समान कारकों के कारण सहित), लेकिन मुझे प्रदर्शन में सुधार की उम्मीद है अगर मुझे माइक्रोलेडिंग की स्थापना मिलती है। यह क्रिस्टल से क्रिस्टल के कुछ अंतरों को आंशिक रूप से समझा सकता है। जल्द ही मैं इस पृष्ठ पर नए IV घटता, ट्रांजिस्टर और अंतर एम्पलीफायर विशेषताओं को जोड़ूंगा।