تدفق عملية أشباه الموصلات

يمكنك فهمه حتى لو لم تدرس الفيزياء أو الرياضيات من قبل، ولكنه بسيط بعض الشيء ومناسب للمبتدئين. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن CMOS، فعليك قراءة محتوى هذا العدد، لأنه فقط بعد فهم سير العملية (أي عملية إنتاج الصمام الثنائي) يمكنك مواصلة فهم المحتوى التالي. ثم دعونا نتعرف على كيفية إنتاج CMOS في مصنع المسبك في هذا العدد (على سبيل المثال، يختلف CMOS في العمليات غير المتقدمة في البنية ومبدأ الإنتاج).

أولاً يجب أن تعلم أن الرقاقات التي تحصل عليها المسبكة من المورد (رقاقة السيليكونالمورد) واحدًا تلو الآخر، بنصف قطر 200 مم (8 بوصاتالمصنع) أو 300 مم (12 بوصةوكما هو موضح في الشكل أدناه، فهو في الواقع يشبه كعكة كبيرة، والتي نسميها الركيزة.

لكن ليس من المناسب لنا أن ننظر إلى الأمر بهذه الطريقة. ننظر من الأسفل إلى الأعلى وننظر إلى المقطع العرضي، الذي يُصبح الشكل التالي.

لنلقِ نظرة على نموذج CMOS. بما أن العملية الفعلية تتطلب آلاف الخطوات، فسأتحدث هنا عن الخطوات الرئيسية لأبسط رقاقة بقياس 8 بوصات.

 

 

صنع البئر وطبقة الانعكاس:

أي أن البئر يُزرع في الركيزة عن طريق زرع الأيونات (يُشار إليه فيما يلي باسم "الزرع الأيوني"). لإنتاج NMOS، يجب زرع آبار من النوع P. أما لإنتاج PMOS، فيجب زرع آبار من النوع N. لتسهيل الأمر، لنأخذ NMOS كمثال. تقوم آلة زرع الأيونات بزرع عناصر من النوع P المراد زرعها في الركيزة إلى عمق محدد، ثم تُسخّنها على درجة حرارة عالية في أنبوب الفرن لتنشيط هذه الأيونات وتوزيعها. بهذا يُكتمل إنتاج البئر. هكذا يبدو بعد اكتمال الإنتاج.

بعد إنشاء البئر، تُجرى خطوات أخرى لزرع الأيونات، والغرض منها هو التحكم في حجم تيار القناة وجهد العتبة. يُمكن لأي شخص أن يُطلق على هذه العملية اسم طبقة الانعكاس. إذا كنت ترغب في إنتاج NMOS، تُزرع طبقة الانعكاس بأيونات من النوع P، وإذا كنت ترغب في إنتاج PMOS، تُزرع طبقة الانعكاس بأيونات من النوع N. بعد الزرع، يكون النموذج التالي.

هناك الكثير من المحتويات هنا، مثل الطاقة، والزاوية، وتركيز الأيونات أثناء زرع الأيونات، وما إلى ذلك، والتي لم يتم تضمينها في هذا العدد، وأعتقد أنه إذا كنت تعرف هذه الأشياء، فيجب أن تكون من الداخل، ويجب أن يكون لديك طريقة لتعلمها.

 

صنع SiO2:

سيتم تصنيع ثاني أكسيد السيليكون (SiO2، ويُشار إليه فيما يلي بالأكسيد) لاحقًا. في عملية إنتاج CMOS، توجد طرق عديدة لإنتاج الأكسيد. هنا، يُستخدم SiO2 تحت البوابة، ويؤثر سمكه بشكل مباشر على حجم جهد العتبة وحجم تيار القناة. لذلك، تختار معظم المسابك طريقة أكسدة أنبوب الفرن بأعلى جودة، وأدق تحكم في السمك، وأفضل تجانس في هذه الخطوة. في الواقع، إنها طريقة بسيطة للغاية، أي في أنبوب الفرن مع الأكسجين، تُستخدم درجة حرارة عالية للسماح للأكسجين والسيليكون بالتفاعل كيميائيًا لتوليد SiO2. بهذه الطريقة، تتكون طبقة رقيقة من SiO2 على سطح السيليكون، كما هو موضح في الشكل أدناه.

بالطبع، هناك أيضًا الكثير من المعلومات المحددة هنا، مثل عدد الدرجات المطلوبة، وكمية تركيز الأكسجين المطلوبة، ومدة درجة الحرارة المرتفعة المطلوبة، وما إلى ذلك. هذه ليست ما نأخذه في الاعتبار الآن، فهي محددة للغاية.

تشكيل نهاية البوابة بولي:

لكن الأمر لم ينتهِ بعد. SiO2 يُعادل خيطًا، والبوابة الحقيقية (Poly) لم تبدأ بعد. لذا، خطوتنا التالية هي وضع طبقة من البولي سيليكون على SiO2 (يتكون البولي سيليكون أيضًا من عنصر سيليكون واحد، لكن ترتيب الشبكة مختلف. لا تسألني لماذا تستخدم الركيزة سيليكونًا أحادي البلورة وتستخدم البوابة بولي سيليكون. هناك كتاب بعنوان "فيزياء أشباه الموصلات". يمكنك الاطلاع عليه. إنه أمر محرج ~). يُعد البولي أيضًا رابطًا بالغ الأهمية في CMOS، لكن مكون البولي هو السيليكون، ولا يمكن توليده بالتفاعل المباشر مع ركيزة السيليكون مثل SiO2 المتنامي. يتطلب هذا الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) الأسطوري، وهو تفاعل كيميائي في الفراغ وترسيب الجسم الناتج على الرقاقة. في هذا المثال، المادة الناتجة هي بولي سيليكون، ثم يتم ترسيبها على الرقاقة (هنا يجب أن أقول أن البولي يتم توليده في أنبوب الفرن بواسطة الترسيب الكيميائي البخاري، وبالتالي فإن توليد البولي لا يتم بواسطة آلة الترسيب الكيميائي البخاري النقية).

لكن البولي سيليكون المتشكل بهذه الطريقة سوف يترسب على الرقاقة بأكملها، ويبدو بهذا الشكل بعد الترسيب.

 

التعرض للبولي و SiO2:

في هذه الخطوة، يكون الهيكل الرأسي الذي نريده قد تشكّل بالفعل، مع البوليمر في الأعلى، وثاني أكسيد السيليكون في الأسفل، والركيزة في الأسفل. لكن الآن أصبحت الرقاقة بأكملها على هذا النحو، وكل ما نحتاجه هو موضع محدد ليكون هيكل "الصنبور". إذن، هذه هي الخطوة الأكثر أهمية في العملية برمتها - التعريض.
نقوم أولاً بنشر طبقة من المادة المقاومة للضوء على سطح الرقاقة، وتصبح بهذا الشكل.

ثم ضع القناع المُحدد (الذي تم تحديد نمط الدائرة عليه) عليه، وأخيرًا سلط عليه ضوءًا بطول موجي محدد. سيُنشَّط المقاوم الضوئي في المنطقة المُشعَّعة. ولأن المنطقة التي يحجبها القناع غير مُضاءة بمصدر الضوء، فلن يُنشَّط هذا الجزء من المقاوم الضوئي.

نظرًا لأن المادة المقاومة للضوء المنشطة يمكن غسلها بسهولة بشكل خاص بواسطة سائل كيميائي محدد، بينما لا يمكن غسل المادة المقاومة للضوء غير المنشطة، بعد التشعيع، يتم استخدام سائل محدد لغسل المادة المقاومة للضوء المنشطة، وأخيرًا تصبح مثل هذا، تاركة المادة المقاومة للضوء حيث يجب الاحتفاظ بالبوليمر وأكسيد السيليكون، وإزالة المادة المقاومة للضوء حيث لا يلزم الاحتفاظ بها.