स्व-संरेखित द्वार
सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण तकनीक में, एक स्व-संरेखित गेट एक ट्रांजिस्टर निर्माण दृष्टिकोण है जिसके द्वारा MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) के गेट (ट्रांजिस्टर) इलेक्ट्रोड का उपयोग स्रोत (ट्रांजिस्टर) के डोपिंग के लिए मास्क के रूप में किया जाता है। ) और नाली (ट्रांजिस्टर) क्षेत्र। यह तकनीक सुनिश्चित करती है कि गेट स्वाभाविक रूप से और सटीक रूप से स्रोत और नाली के किनारों से जुड़ा हुआ है।
MOS ट्रांजिस्टर में स्व-संरेखित गेट का उपयोग प्रमुख नवाचारों में से एक है जिसके कारण 1970 के दशक में कंप्यूटिंग शक्ति में बड़ी वृद्धि हुई। स्व-संरेखित द्वार अभी भी अधिकांश आधुनिक एकीकृत सर्किट सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण में उपयोग किए जाते हैं।
परिचय
आईसी निर्माण
इंटीग्रेटेड सर्किट (आईसी, या चिप्स) एक बहु-चरणीय प्रक्रिया में उत्पादित होते हैं जो सिलिकॉन की डिस्क की सतह पर कई परतें बनाता है जिसे वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) कहा जाता है। प्रत्येक परत को photoresist में वेफर को कोटिंग करके और फिर इसे स्टैंसिल-जैसे फोटोमास्क के माध्यम से चमकने वाली पराबैंगनी प्रकाश के लिए उजागर किया जाता है। प्रक्रिया के आधार पर, प्रकाश के संपर्क में आने वाला फोटोरेसिस्ट या तो सख्त हो जाता है या नरम हो जाता है, और दोनों ही मामलों में, नरम भागों को धो दिया जाता है। नतीजा वेफर की सतह पर एक सूक्ष्म पैटर्न है जहां शीर्ष परत का एक हिस्सा उजागर होता है जबकि शेष शेष फोटोरेसिस्ट के तहत संरक्षित होता है।
इसके बाद वेफर को कई तरह की प्रक्रियाओं से अवगत कराया जाता है जो वेफर के उन हिस्सों से सामग्री जोड़ते या हटाते हैं जो फोटोरेसिस्ट द्वारा असुरक्षित हैं। एक सामान्य प्रक्रिया में, वेफर को लगभग 1000 C तक गर्म किया जाता है और फिर एक डोपिंग (सेमीकंडक्टर) (आमतौर पर बोरॉन या फास्फोरस) युक्त गैस के संपर्क में लाया जाता है जो सिलिकॉन के विद्युत गुणों को बदल देता है। यह सिलिकॉन को डोपेंट के प्रकार और/या मात्रा के आधार पर एक इलेक्ट्रॉन दाता, इलेक्ट्रॉन रिसेप्टर, या निकट-इन्सुलेटर बनने की अनुमति देता है। एक ठेठ आईसी में इस प्रक्रिया का उपयोग अलग-अलग ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जाता है जो आईसी के प्रमुख तत्व बनाते हैं।
MOSFET में, एक ट्रांजिस्टर के तीन भाग स्रोत, नाली और गेट हैं (आरेख देखें)। नाम में क्षेत्र प्रभाव उस चालकता में परिवर्तन को संदर्भित करता है जो तब होता है जब गेट पर वोल्टेज रखा जाता है। मुख्य बिंदु यह है कि यह विद्युत क्षेत्र स्रोत और नाली को अलग करने वाले चैनल क्षेत्र को स्रोत-नाली के समान प्रकार का बना सकता है, इस प्रकार ट्रांजिस्टर को चालू कर सकता है। चूंकि गेट से नाली तक कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है, इसलिए FET की स्विचिंग ऊर्जा पहले के द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर प्रकारों की तुलना में बहुत कम होती है, जहां गेट (या आधार जैसा कि यह ज्ञात था) वर्तमान के अनुरूप था।
पुरानी पद्धति
प्रारंभिक MOSFET निर्माण पद्धतियों में, गेट एल्यूमीनियम से बना था जो 660 C पर पिघलता है, इसलिए इसे लगभग 1000 C पर सभी डोपिंग चरणों के पूरा होने के बाद प्रक्रिया के अंतिम चरणों में से एक के रूप में जमा करना पड़ता था।
पूरी तरह से वेफर को पहले एक विशेष विद्युत गुणवत्ता के रूप में या तो सकारात्मक, या पी, या नकारात्मक, एन पक्षपाती के रूप में चुना जाता है। उदाहरण में आधार सामग्री p है (जिसे n-चैनल या nMOS कहा जाता है)। एक मुखौटा तब उन क्षेत्रों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है जहां ट्रांजिस्टर के नकारात्मक n खंड रखे जाएंगे। वेफर को तब लगभग 1000 C तक गर्म किया जाता है, और एक डोपिंग गैस के संपर्क में लाया जाता है जो n वर्गों का उत्पादन करने के लिए वेफर की सतह में फैल जाती है। फिर वेफर के ऊपर इन्सुलेटर सामग्री (सिलिकॉन डाइऑक्साइड) की एक पतली परत उगाई जाती है। अंत में, गेट को एक नए फोटो-लिथोग्राफिक ऑपरेशन में इंसुलेटिंग लेयर के ऊपर पैटर्न दिया गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि गेट वास्तव में अंतर्निहित स्रोत और नाली को ओवरलैप करता है, गेट सामग्री को n वर्गों के बीच के अंतर से अधिक चौड़ा होना चाहिए, आमतौर पर तीन गुना अधिक। यह जगह बर्बाद करता है और गेट और स्रोत-नाली के बीच अतिरिक्त समाई बनाता है। इस परजीवी समाई की आवश्यकता है कि साफ स्विचिंग सुनिश्चित करने के लिए पूरी चिप को उच्च शक्ति स्तरों पर संचालित किया जाए जो अक्षम है। इसके अतिरिक्त, गेट के अंतर्निहित स्रोत-नाली के मिसलिग्न्मेंट में भिन्नता का मतलब है कि उच्च चिप-टू-चिप परिवर्तनशीलता है, भले ही वे ठीक से काम कर रहे हों।
स्व-संरेखण
स्व-संरेखित गेट अपने वर्तमान स्वरूप में कई चरणों में विकसित हुआ। अग्रिम की कुंजी यह खोज थी कि भारी मात्रा में डोप किया गया पॉली-सिलिकॉन एल्यूमीनियम को बदलने के लिए पर्याप्त प्रवाहकीय था। इसका मतलब था कि मल्टी-स्टेप सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन में किसी भी स्तर पर गेट लेयर बनाई जा सकती है।[1]: p.1 (see Fig. 1.1)
स्व-संरेखित प्रक्रिया में, कुंजी गेट-इन्सुलेटिंग परत प्रक्रिया की शुरुआत के पास बनती है। फिर गेट जमा किया जाता है और शीर्ष पर पैटर्न किया जाता है। फिर स्रोत-नालियों को डोप किया जाता है (पॉली-सिलिकॉन के लिए द्वार एक साथ डोप किए जाते हैं)। स्रोत-नाली पैटर्न इस प्रकार केवल स्रोत और नाली के बाहरी किनारों का प्रतिनिधित्व करता है, उन वर्गों के अंदरूनी किनारे को गेट द्वारा ही नकाबपोश किया जाता है। नतीजतन, स्रोत और नाली गेट से स्वयं संरेखित होते हैं। चूंकि वे हमेशा पूरी तरह से स्थित होते हैं, गेट को वांछित से अधिक व्यापक बनाने की कोई आवश्यकता नहीं होती है, और परजीवी समाई बहुत कम हो जाती है। संरेखण समय और चिप-टू-चिप परिवर्तनशीलता इसी तरह कम हो जाती है।[2] एल्यूमीनियम, मोलिब्डेनम और अनाकार सिलिकॉन का उपयोग करने वाले विभिन्न गेट सामग्रियों के शुरुआती प्रयोग के बाद, सेमीकंडक्टर उद्योग ने पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पॉली-सिलिकॉन), तथाकथित सिलिकॉन-गेट टेक्नोलॉजी (एसजीटी) या स्व-गठबंधन से बने स्व-संरेखित द्वारों को लगभग सार्वभौमिक रूप से अपनाया। सिलिकॉन-गेट प्रौद्योगिकी, जिसके परजीवी धारिता में कमी पर कई अतिरिक्त लाभ थे। एसजीटी की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह थी कि ट्रांजिस्टर पूरी तरह से उच्च गुणवत्ता वाले थर्मल ऑक्साइड (ज्ञात सर्वश्रेष्ठ इंसुलेटरों में से एक) के नीचे दब गया था, जिससे नए प्रकार के उपकरण बनाना संभव हो गया, जो पारंपरिक तकनीक के साथ संभव नहीं था या अन्य सामग्रियों से बने स्व-संरेखित गेट्स के साथ . विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं चार्ज-युग्मित डिवाइस | चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी), छवि संवेदकों के लिए उपयोग किया जाता है, और गैर-वाष्पशील मेमोरी डिवाइस फ्लोटिंग सिलिकॉन-गेट संरचनाओं का उपयोग करते हैं। इन उपकरणों ने नाटकीय रूप से कार्यक्षमता की सीमा को बढ़ा दिया है जिसे ठोस अवस्था वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ प्राप्त किया जा सकता है।
स्व-संरेखित द्वार बनाने के लिए कुछ नवाचारों की आवश्यकता थी:[3]
- एक नई प्रक्रिया जो द्वार बनाएगी;
- अनाकार सिलिकॉन से पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन में एक स्विच (क्योंकि अनाकार सिलिकॉन टूट जाएगा जहां यह ऑक्साइड इन्सुलेट सतह में कदमों से गुजरेगा);
- पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की नक़्क़ाशी के लिए एक फोटोलिथोग्राफी विधि;
- सिलिकॉन में मौजूद अशुद्धियों को कम करने की एक विधि।
इन नवाचारों से पहले, धातु का द्वार |मेटल-गेट उपकरणों पर स्व-संरेखित गेटों का प्रदर्शन किया गया था, लेकिन उनका वास्तविक प्रभाव सिलिकॉन-गेट उपकरणों पर था।
इतिहास
एल्युमिनियम-गेट एमओएस प्रोसेस टेक्नोलॉजी एमओएस ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली क्षेत्रों की परिभाषा और डोपिंग के साथ शुरू हुई, इसके बाद गेट मास्क ने ट्रांजिस्टर के पतले-ऑक्साइड क्षेत्र को परिभाषित किया। अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों के साथ, उपकरण निर्माण को पूरा करने वाले पतले-ऑक्साइड क्षेत्र पर एक एल्यूमीनियम गेट बनाया जाएगा। स्रोत और नाली मुखौटा के संबंध में गेट मास्क के अपरिहार्य मिसलिग्न्मेंट के कारण, गेट क्षेत्र और स्रोत और नाली क्षेत्रों के बीच काफी बड़ा ओवरलैप क्षेत्र होना आवश्यक था, यह सुनिश्चित करने के लिए कि पतला-ऑक्साइड क्षेत्र पुल करेगा स्रोत और नाली, यहां तक कि सबसे बुरी स्थिति के गलत संरेखण के तहत। इस आवश्यकता के परिणामस्वरूप गेट-टू-सोर्स और गेट-टू-ड्रेन परजीवी कैपेसिटेंस होते हैं जो स्रोत और ड्रेन मास्क के संबंध में गेट ऑक्साइड मास्क के मिसलिग्न्मेंट के आधार पर वेफर से वेफर तक बड़े और परिवर्तनशील होते हैं। परिणाम उत्पादित एकीकृत परिपथों की गति में एक अवांछनीय प्रसार था, और सैद्धांतिक रूप से संभव की तुलना में बहुत कम गति थी यदि परजीवी समाई को न्यूनतम तक कम किया जा सकता था। प्रदर्शन पर सबसे प्रतिकूल परिणामों के साथ ओवरलैप कैपेसिटेंस गेट-टू-ड्रेन पैरासिटिक कैपेसिटेंस, Cgd था, जो प्रसिद्ध मिलर प्रभाव द्वारा ट्रांजिस्टर के गेट-टू-सोर्स कैपेसिटेंस को Cgd के लाभ से गुणा करके बढ़ाता था। वह सर्किट जिसका वह ट्रांजिस्टर एक हिस्सा था। प्रभाव ट्रांजिस्टर की स्विचिंग गति में काफी कमी थी।
1966 में, रॉबर्ट डब्ल्यू. बोवर ने महसूस किया कि यदि गेट इलेक्ट्रोड को पहले परिभाषित किया गया था, तो न केवल गेट और स्रोत और नाली के बीच परजीवी समाई को कम करना संभव होगा, बल्कि यह उन्हें मिसलिग्न्मेंट के प्रति असंवेदनशील भी बना देगा। उन्होंने एक विधि प्रस्तावित की जिसमें ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली क्षेत्रों को परिभाषित करने के लिए एल्यूमीनियम गेट इलेक्ट्रोड को मास्क के रूप में इस्तेमाल किया गया था। हालांकि, चूंकि एल्यूमीनियम स्रोत और नाली जंक्शनों के पारंपरिक डोपिंग के लिए आवश्यक उच्च तापमान का सामना नहीं कर सका, बोवर ने आयन इम्प्लांटेशन का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया, ह्यूजेस एयरक्राफ्ट, उनके नियोक्ता में एक नई डोपिंग तकनीक अभी भी विकास में है, और अभी तक अन्य प्रयोगशालाओं में उपलब्ध नहीं है। . जबकि बोवर का विचार अवधारणात्मक रूप से सही था, व्यवहार में यह काम नहीं करता था, क्योंकि ट्रांजिस्टर को पर्याप्त रूप से निष्क्रिय करना और आयन आरोपण द्वारा सिलिकॉन क्रिस्टल संरचना को किए गए विकिरण क्षति की मरम्मत करना असंभव था, क्योंकि इन दो परिचालनों में अधिक तापमान की आवश्यकता होगी। एल्युमिनियम गेट से बचे रहने वालों में से। इस प्रकार उनके आविष्कार ने सिद्धांत का प्रमाण प्रदान किया, लेकिन बोवर की विधि से कभी भी कोई व्यावसायिक एकीकृत सर्किट नहीं बनाया गया था। अधिक दुर्दम्य गेट सामग्री की आवश्यकता थी।
1967 में, बेल लैब्स के जॉन सी. सारस और सहयोगियों ने एल्यूमीनियम गेट को वैक्यूम-वाष्पीकृत अनाकार सिलिकॉन से बने इलेक्ट्रोड से बदल दिया और स्व-संरेखित गेट एमओएस ट्रांजिस्टर के निर्माण में सफल रहे। हालाँकि, प्रक्रिया, जैसा कि वर्णित है, केवल सिद्धांत का प्रमाण था, केवल असतत ट्रांजिस्टर के निर्माण के लिए उपयुक्त था और एकीकृत परिपथों के लिए नहीं; और इसके जांचकर्ताओं द्वारा आगे नहीं बढ़ाया गया।
1968 में, एमओएस उद्योग उच्च थ्रेशोल्ड वोल्टेज (एचवीटी) के साथ एल्यूमीनियम गेट ट्रांजिस्टर का उपयोग कर रहा था और एमओएस एकीकृत सर्किट की गति बढ़ाने और बिजली अपव्यय को कम करने के लिए कम दहलीज वोल्टेज (एलवीटी) एमओएस प्रक्रिया की इच्छा थी। एल्यूमीनियम गेट के साथ उच्च दहलीज वोल्टेज ट्रांजिस्टर ने [100] सिलिकॉन ओरिएंटेशन के उपयोग की मांग की, जो हालांकि परजीवी एमओएस ट्रांजिस्टर के लिए बहुत कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज का उत्पादन करता था (एमओएस ट्रांजिस्टर तब बनाया गया था जब फील्ड ऑक्साइड पर एल्यूमीनियम दो जंक्शनों को पाट देगा)। आपूर्ति वोल्टेज से परे परजीवी थ्रेशोल्ड वोल्टेज को बढ़ाने के लिए, फील्ड ऑक्साइड के तहत चयनित क्षेत्रों में एन-टाइप डोपिंग स्तर को बढ़ाना आवश्यक था, और इसे शुरू में एक तथाकथित चैनल-स्टॉप के उपयोग से पूरा किया गया था।प्रति मुखौटा, और बाद में आयन आरोपण के साथ।
=== फेयरचाइल्ड === में सिलिकॉन-गेट प्रौद्योगिकी का विकास एसजीटी वाणिज्यिक एमओएस एकीकृत सर्किट बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली पहली प्रक्रिया प्रौद्योगिकी थी जिसे बाद में 1960 के दशक में पूरे उद्योग द्वारा व्यापक रूप से अपनाया गया था। 1967 के अंत में, टॉम क्लेन, फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर आर एंड डी लैब्स में काम कर रहे थे, और लेस वाडाज़ को रिपोर्ट कर रहे थे, उन्होंने महसूस किया कि भारी पी-टाइप डॉप्ड सिलिकॉन और एन-टाइप सिलिकॉन के बीच समारोह का कार्य अंतर एल्यूमीनियम के बीच कार्य फ़ंक्शन अंतर से 1.1 वोल्ट कम था। और वही एन-टाइप सिलिकॉन। इसका मतलब यह था कि सिलिकॉन गेट के साथ एमओएस ट्रांजिस्टर का थ्रेसहोल्ड वोल्टेज एमओएस ट्रांजिस्टर के थ्रेसहोल्ड वोल्टेज से 1.1 वोल्ट कम हो सकता है, जो उसी प्रारंभिक सामग्री पर बने एल्यूमीनियम गेट के साथ होता है। इसलिए, कोई [111] सिलिकॉन अभिविन्यास के साथ प्रारंभिक सामग्री का उपयोग कर सकता है और साथ ही फ़ील्ड ऑक्साइड के तहत चैनल-स्टॉपर मास्क या आयन इम्प्लांटेशन के उपयोग के बिना पर्याप्त परजीवी थ्रेसहोल्ड वोल्टेज और कम थ्रेसहोल्ड वोल्टेज ट्रांजिस्टर दोनों प्राप्त कर सकता है। पी-टाइप डोप्ड सिलिकॉन गेट के साथ न केवल स्व-संरेखित गेट ट्रांजिस्टर बनाना संभव होगा बल्कि उच्च थ्रेसहोल्ड वोल्टेज प्रक्रिया के समान सिलिकॉन अभिविन्यास का उपयोग करके कम थ्रेसहोल्ड वोल्टेज प्रक्रिया भी संभव होगी।
फरवरी 1968 में, फेडेरिको फागिन लेस वाडाज़ के समूह में शामिल हो गए और उन्हें लो-थ्रेशोल्ड-वोल्टेज, स्व-संरेखित गेट MOS प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के विकास का प्रभारी बनाया गया। Faggin का पहला काम अनाकार सिलिकॉन गेट के लिए सटीक नक़्क़ाशी समाधान विकसित करना था, और फिर उन्होंने सिलिकॉन गेट के साथ MOS IC बनाने के लिए प्रक्रिया वास्तुकला और विस्तृत प्रसंस्करण चरणों का निर्माण किया। उन्होंने धातु के उपयोग के बिना अनाकार सिलिकॉन और सिलिकॉन जंक्शनों के बीच सीधा संपर्क बनाने के लिए 'दफन संपर्कों' का भी आविष्कार किया, एक ऐसी तकनीक जिसने बहुत अधिक सर्किट घनत्व की अनुमति दी, विशेष रूप से यादृच्छिक तर्क सर्किट के लिए।
अपने द्वारा डिज़ाइन किए गए एक परीक्षण पैटर्न का उपयोग करके प्रक्रिया को मान्य और विशेषता देने के बाद, फागिन ने अप्रैल 1968 तक पहला काम करने वाला MOS सिलिकॉन-गेट ट्रांजिस्टर और परीक्षण संरचनाएँ बनाईं। फिर उन्होंने सिलिकॉन गेट, फेयरचाइल्ड 3708, एक 8-बिट एनालॉग का उपयोग करके पहला एकीकृत सर्किट डिज़ाइन किया। डिकोडिंग लॉजिक के साथ मल्टीप्लेक्सर, जिसमें फेयरचाइल्ड 3705 की समान कार्यक्षमता थी, मेटल-गेट प्रोडक्शन आईसी जिसे फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर को इसके कड़े विनिर्देशों के कारण बनाने में कठिनाई हुई थी।
जुलाई 1968 में 3708 की उपलब्धता ने अगले महीनों के दौरान प्रक्रिया को और बेहतर बनाने के लिए एक मंच भी प्रदान किया, जिससे अक्टूबर 1968 में ग्राहकों को पहले 3708 नमूनों की शिपमेंट हुई और इसे अंत से पहले सामान्य बाजार में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कराया गया। 1968. जुलाई से अक्टूबर 1968 की अवधि के दौरान, फागिन ने प्रक्रिया में दो अतिरिक्त महत्वपूर्ण चरण जोड़े:
- वाष्प-चरण जमाव द्वारा प्राप्त पॉली-क्रिस्टलीय सिलिकॉन के साथ वैक्यूम-वाष्पीकृत अनाकार सिलिकॉन की जगह। वाष्पित होने के बाद से यह कदम जरूरी हो गया, अनाकार सिलिकॉन ने ऑक्साइड की सतह में कदमों से गुजरने पर तोड़ दिया।
- फ़ॉस्फ़ोरस गेट्टरिंग का उपयोग अशुद्धियों को सोखने के लिए, हमेशा ट्रांजिस्टर में मौजूद होता है, जिससे विश्वसनीयता की समस्या होती है। फॉस्फोरस गेटरिंग ने लीकेज करंट को काफी कम करने की अनुमति दी और थ्रेसहोल्ड वोल्टेज बहाव से बचने के लिए जो अभी भी एल्युमिनियम गेट के साथ एमओएस तकनीक से ग्रस्त है (एल्युमीनियम गेट के साथ एमओएस ट्रांजिस्टर आवश्यक उच्च तापमान के कारण फॉस्फोरस गेटरिंग के लिए उपयुक्त नहीं थे)।
सिलिकॉन गेट के साथ, एमओएस ट्रांजिस्टर की दीर्घकालिक विश्वसनीयता जल्द ही बाइपोलर आईसी के स्तर तक पहुंच गई, जिससे एमओएस प्रौद्योगिकी को व्यापक रूप से अपनाने के लिए एक बड़ी बाधा दूर हो गई।
1968 के अंत तक सिलिकॉन-गेट तकनीक ने प्रभावशाली परिणाम प्राप्त किए थे। हालांकि 3708 को 3705 के समान उत्पादन टूलिंग का उपयोग करने की सुविधा के लिए 3705 के लगभग समान क्षेत्र के लिए डिज़ाइन किया गया था, इसे काफी छोटा बनाया जा सकता था। बहरहाल, की तुलना में इसका बेहतर प्रदर्शन था3705: यह 5 गुना तेज था, इसमें लगभग 100 गुना कम लीकेज करंट था, और एनालॉग स्विच बनाने वाले बड़े ट्रांजिस्टर का ऑन रेजिस्टेंस 3 गुना कम था।[4]: pp6-7
इंटेल पर व्यावसायीकरण
सिलिकॉन-गेट तकनीक (एसजीटी) को इंटेल द्वारा इसकी स्थापना (जुलाई 1968) में अपनाया गया था, और कुछ वर्षों के भीतर दुनिया भर में एमओएस एकीकृत सर्किट के निर्माण के लिए मुख्य तकनीक बन गई, जो आज तक चली आ रही है। फ्लोटिंग सिलिकॉन-गेट ट्रांजिस्टर का उपयोग करके गैर-वाष्पशील मेमोरी विकसित करने वाली इंटेल भी पहली कंपनी थी।
सिलिकॉन-गेट तकनीक का उपयोग करने वाली पहली मेमोरी चिप इंटेल 1101 स्टेटिक रैंडम एक्सेस मेमोरी (स्टैटिक रैंडम-एक्सेस मेमोरी) चिप थी, 1968 में सेमीकंडक्टर डिवाइस फैब्रिकेशन और 1969 में प्रदर्शित हुई।[5] पहला वाणिज्यिक सिंगल-चिप माइक्रोप्रोसेसर, इंटेल 4004, फागिन द्वारा अपनी सिलिकॉन-गेट MOS IC तकनीक का उपयोग करके विकसित किया गया था। मार्सियन हॉफ, अपार्टमेंट मेज़र और मासाटोशी द्वीप ने वास्तुकला में योगदान दिया।[6]
== एसजीटी == पर मूल दस्तावेज
- बोवर, आरडब्ल्यू और डिल, आरजी (1966)। स्रोत-ड्रेन मास्क के रूप में गेट का उपयोग करके गढ़े गए इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर। IEEE अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रॉन उपकरण बैठक, 1966
- फागिन, एफ., क्लेन, टी., और वाडाज़, एल.: इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर इंटीग्रेटेड सर्किट विद सिलिकॉन गेट्स। IEEE अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रॉन उपकरण बैठक, वाशिंगटन डीसी, 1968 [http://www.intel4004.com/images/iedm_covart.jpg
- US 3475234, Kerwin, Robert E.; Klein, Donald L. & Sarace, John C., "एमआईएस संरचना बनाने की विधि", published 28-10-1969, assigned to Bell Telephone Laboratories Inc.
- फेडेरिको फागिन और थॉमस क्लेन।: कम थ्रेसहोल्ड वाले एमओएस उपकरणों की एक तेज पीढ़ी नई लहर, सिलिकॉन-गेट आईसी के क्रेस्ट की सवारी कर रही है। फेयरचाइल्ड 3708 पर कवर स्टोरी, इलेक्ट्रॉनिक्स पत्रिका, 29 सितंबर, 1969।
- Vadasz, L. L.; Grove, A.S.; Rowe, T.A.; Moore, G.E. (October 1969). "सिलिकॉन गेट प्रौद्योगिकी". IEEE Spectrum. pp. 27–35.
- एफ. फागिन, टी. क्लेन सिलिकॉन गेट टेक्नोलॉजी, सॉलिड स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स, 1970, वॉल्यूम। 13, पीपी। 1125–1144।
- US 3673471, Klein, Thomas & Faggin, Federico, "MOS प्रकार के उपकरणों के लिए डोप्ड सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रोड", published 1972-06-27, assigned to Fairchild Camera and Instrument Corporation
पेटेंट
स्व-संरेखित गेट डिज़ाइन को 1969 में केर्विन, डोनाल्ड एल. क्लेन और सारस की टीम द्वारा पेटेंट कराया गया था।[7] यह स्वतंत्र रूप से रॉबर्ट डब्ल्यू बोवर (यू.एस. 3,472,712, 14 अक्टूबर, 1969 को जारी, 27 अक्टूबर, 1966 को दायर) द्वारा आविष्कार किया गया था। बेल लैब्स केर्विन एट अल। पेटेंट 27 मार्च, 1967 तक दायर नहीं किया गया था, आर.डब्ल्यू. बोवर और एच.डी. डिल द्वारा प्रकाशित किए जाने के कई महीनों बाद और 1966 में इंटरनेशनल इलेक्ट्रॉन डिवाइस मीटिंग, वाशिंगटन, डीसी में इस काम का पहला प्रकाशन प्रस्तुत किया गया था।[8] बोवर से जुड़ी एक कानूनी कार्रवाई में, थर्ड सर्किट कोर्ट ऑफ अपील्स ने निर्धारित किया कि केर्विन, डोनाल्ड एल. क्लेन और सारस स्व-संरेखित सिलिकॉन गेट ट्रांजिस्टर के आविष्कारक थे। उस आधार पर, उन्हें मूल पेटेंट यूएस 3,475,234 से सम्मानित किया गया। वास्तव में स्व-संरेखित गेट MOSFET का आविष्कार रॉबर्ट डब्ल्यू. बोवर यूएस 3,472,712 द्वारा किया गया था, जो 14 अक्टूबर, 1969 को जारी किया गया था, 27 अक्टूबर, 1966 को दायर किया गया था। बोवर और एच. डी. डिल ने अंतर्राष्ट्रीय इलेक्ट्रॉन डिवाइस मीटिंग, वाशिंगटन, डी.सी., 1966 में गेट के रूप में स्रोत-ड्रेन मास्क का उपयोग करते हुए इंसुलेटेड गेट फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर के नाम से प्रकाशित इस काम का पहला प्रकाशन प्रस्तुत किया। बोवर के काम ने स्व-संरेखित-गेट का वर्णन किया MOSFET, एल्यूमीनियम और पॉलीसिलिकॉन दोनों गेटों के साथ बनाया गया है। इसने स्रोत और नाली क्षेत्रों को परिभाषित करने के लिए मास्क के रूप में गेट इलेक्ट्रोड का उपयोग करके स्रोत और नाली बनाने के लिए आयन आरोपण और प्रसार दोनों का उपयोग किया। बेल लैब्स टीम ने 1966 में IEDM की इस बैठक में भाग लिया, और उन्होंने 1966 में अपनी प्रस्तुति के बाद बोवर के साथ इस काम पर चर्चा की। बोवर ने पहले गेट के रूप में एल्यूमीनियम का उपयोग करके स्व-संरेखित गेट बनाया था और 1966 में प्रस्तुति से पहले डिवाइस बनाया था। गेट के रूप में पॉलीसिलिकॉन का उपयोग करना।
स्व-संरेखित गेट में आमतौर पर आयन आरोपण शामिल होता है, जो 1960 के दशक का एक अन्य अर्धचालक प्रक्रिया नवाचार है। आयन आरोपण और स्व-संरेखित फाटकों के इतिहास अत्यधिक परस्पर जुड़े हुए हैं, जैसा कि आरबी फेयर द्वारा गहन इतिहास में बताया गया है।[9] स्व-संरेखित सिलिकॉन-गेट तकनीक का उपयोग करने वाला पहला व्यावसायिक उत्पाद 1968 में फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर 3708 8-बिट एनालॉग मल्टीप्लेक्सर था, जिसे फेडेरिको फागिन द्वारा डिजाइन किया गया था, जिसने अवधारणा के पूर्वोक्त गैर-कार्यशील प्रमाणों को उद्योग में बदलने के लिए कई आविष्कारों का बीड़ा उठाया था। वास्तव में उसके बाद अपनाया गया।[10][11]
निर्माण प्रक्रिया
स्व-संरेखित द्वारों का महत्व उन्हें बनाने की प्रक्रिया में आता है। स्रोत और नाली के प्रसार के लिए गेट ऑक्साइड को मास्क के रूप में उपयोग करने की प्रक्रिया दोनों प्रक्रिया को सरल बनाती है और उपज में काफी सुधार करती है।
प्रक्रिया कदम
स्व-संरेखित गेट बनाने के चरण निम्नलिखित हैं: [12]
इन कदमों को सबसे पहले फेडेरिको फागिन द्वारा बनाया गया था और 1968 में फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में विकसित सिलिकॉन गेट टेक्नोलॉजी प्रक्रिया में इसका उपयोग करते हुए पहले वाणिज्यिक एकीकृत सर्किट, फेयरचाइल्ड 3708 के निर्माण के लिए उपयोग किया गया था। [13]
- 1. फील्ड ऑक्साइड पर कुएँ खुदे हुए होते हैं जहाँ ट्रांजिस्टर बनने होते हैं। प्रत्येक अच्छी तरह से एमओएस ट्रांजिस्टर के स्रोत, नाली और सक्रिय गेट क्षेत्रों को परिभाषित करता है।
- 2. सूखी थर्मल ऑक्सीकरण प्रक्रिया का उपयोग करके, गेट ऑक्साइड (SiO2) की एक पतली परत (5-200 एनएम)2) सिलिकॉन वेफर पर उगाया जाता है।
- 3. रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) प्रक्रिया का उपयोग करके गेट ऑक्साइड के ऊपर पॉलीसिलिकॉन की एक परत उगाई जाती है।
- 4. पॉलीसिलिकॉन के ऊपर फोटोरेसिस्ट की एक परत लगाई जाती है।
- 5. फोटोरेसिस्ट के ऊपर एक मास्क रखा जाता है और पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आता है; यह उन क्षेत्रों में फोटोरेसिस्ट परत को तोड़ देता है जहां मास्क ने इसकी रक्षा नहीं की थी।
- 6. Photoresist को एक विशेष डेवलपर समाधान के साथ प्रदर्शित किया जाता है। इसका उद्देश्य उस फोटोरेसिस्ट को हटाना है जो यूवी प्रकाश द्वारा टूट गया था।
- 7. पॉलीसिलिकॉन और गेट ऑक्साइड जो फोटोरेसिस्ट द्वारा कवर नहीं किया जाता है, उसे बफर्ड आयन ईच प्रक्रिया से हटा दिया जाता है। यह आमतौर पर एक एसिड समाधान होता है जिसमें हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल होता है।
- 8. सिलिकॉन वेफर से बाकी फोटोरेसिस्ट को हटा दिया जाता है। गेट ऑक्साइड के ऊपर और फील्ड ऑक्साइड के ऊपर अब पॉलीसिलिकॉन के साथ एक वेफर है।
- 9. गेट क्षेत्र को छोड़कर जो पॉलीसिलिकॉन गेट द्वारा संरक्षित है, ट्रांजिस्टर के स्रोत और नाली क्षेत्रों को उजागर करते हुए पतले ऑक्साइड को उकेरा जाता है।
- 10. पारंपरिक डोपिंग प्रक्रिया, या आयन-प्रत्यारोपण नामक प्रक्रिया का उपयोग करके, स्रोत, नाली और पॉलीसिलिकॉन को डोप किया जाता है। सिलिकॉन गेट के नीचे पतला ऑक्साइड डोपिंग प्रक्रिया के लिए मास्क का काम करता है। यह कदम वह है जो गेट को स्व-संरेखित करता है। स्रोत और नाली क्षेत्र स्वचालित रूप से (पहले से मौजूद) गेट के साथ ठीक से संरेखित होते हैं।
- 11. वेफर एक उच्च तापमान भट्टी (>800 °C or 1,500 °F). यह स्रोत और नाली क्षेत्रों को बनाने के लिए डोपेंट को आगे क्रिस्टल संरचना में फैलाता है और परिणामस्वरूप डोपेंट गेट के नीचे थोड़ा फैलता है।
- 12. उजागर क्षेत्रों की रक्षा के लिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड के वाष्प जमाव के साथ प्रक्रिया जारी है, और प्रक्रिया को पूरा करने के लिए शेष सभी चरणों के साथ।
यह भी देखें
- सेमीकंडक्टर डिवाइस निर्माण
- माइक्रोफैब्रिकेशन
टिप्पणियाँ
संदर्भ
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