Průběh polovodičového procesu

Pochopíte to, i když jste nikdy nestudovali fyziku ani matematiku, ale je to trochu moc jednoduché a vhodné pro začátečníky. Pokud se chcete o CMOS dozvědět více, musíte si přečíst obsah tohoto čísla, protože teprve po pochopení postupu výroby (tj. výrobního procesu diody) můžete porozumět následujícímu obsahu. Pojďme se v tomto čísle dozvědět, jak se tento CMOS vyrábí ve slévárně (na příkladu nepokročilého procesu se CMOS s pokročilým procesem liší strukturou a výrobním principem).

V první řadě musíte vědět, že destičky, které slévárna získává od dodavatele (křemíkový plátekdodavatel) jsou jeden po druhém, s poloměrem 200 mm (8 palcůtovárna) nebo 300 mm (12 palcůtovárna). Jak je znázorněno na obrázku níže, je to vlastně podobné velkému dortu, kterému říkáme substrát.

Není pro nás však pohodlné se na to dívat tímto způsobem. Díváme se zdola nahoru a podíváme se na průřez, který se stane následujícím obrázkem.

Dále se podívejme, jak vypadá model CMOS. Protože samotný proces vyžaduje tisíce kroků, budu zde hovořit o hlavních krocích nejjednoduššího 8palcového waferu.

 

 

Tvorba studny a inverzní vrstvy:

To znamená, že jamka je implantována do substrátu iontovou implantací (iontová implantace, dále jen imp). Pokud chcete vyrobit NMOS tranzistory, musíte implantovat P-typové jamky. Pokud chcete vyrobit PMOS tranzistory, musíte implantovat N-typové jamky. Pro vaši snazší orientaci si jako příklad vezměme NMOS tranzistory. Stroj na iontovou implantaci implantuje prvky typu P, které mají být implantovány, do substrátu do určité hloubky a poté je zahřívá na vysokou teplotu v peci, aby tyto ionty aktivoval a rozptýlil je. Tím je výroba jamky dokončena. Takto vypadá po dokončení výroby.

Po vytvoření jamky následují další kroky implantace iontů, jejichž účelem je regulovat velikost proudu kanálu a prahového napětí. Můžeme ji nazvat inverzní vrstvou. Pokud chcete vyrobit NMOS tranzistor, implantují se do inverzní vrstvy ionty typu P, a pokud chcete vyrobit PMOS tranzistor, implantují se do inverzní vrstvy ionty typu N. Po implantaci se jedná o následující model.

Je zde spousta obsahu, jako je energie, úhel, koncentrace iontů během implantace iontů atd., které nejsou v tomto čísle zahrnuty, a já se domnívám, že pokud tyto věci znáte, musíte být zasvěcený a musíte mít způsob, jak se je naučit.

 

Výroba SiO2:

Oxid křemičitý (SiO2, dále jen oxid) bude vyroben později. V procesu výroby CMOS existuje mnoho způsobů výroby oxidu. Zde se SiO2 používá pod hradlem a jeho tloušťka přímo ovlivňuje velikost prahového napětí a velikost proudu kanálu. Proto většina sléváren volí metodu oxidace trubek pece s nejvyšší kvalitou, nejpřesnější kontrolou tloušťky a nejlepší rovnoměrností v tomto kroku. Ve skutečnosti je to velmi jednoduché, to znamená, že v trubce pece s kyslíkem se používá vysoká teplota, aby se umožnila chemická reakce kyslíku a křemíku za vzniku SiO2. Tímto způsobem se na povrchu Si vytvoří tenká vrstva SiO2, jak je znázorněno na obrázku níže.

Samozřejmě je zde také spousta specifických informací, například kolik stupňů je potřeba, jak vysoká koncentrace kyslíku je potřeba, jak dlouho je potřeba vysoká teplota atd. To není to, co nyní zvažujeme, to je příliš specifické.

Vytvoření polygonu na konci brány:

Ale ještě to není konec. SiO2 je jen ekvivalent vlákna a skutečná brána (Poly) ještě nezačala. Takže naším dalším krokem je nanesení vrstvy polykřemíku na SiO2 (polykřemík se také skládá z jednoho křemíkového prvku, ale uspořádání mřížky je jiné. Neptejte se mě, proč substrát používá monokrystalický křemík a brána polykřemík. Existuje kniha s názvem Fyzika polovodičů. Můžete se o ní dozvědět více. Je to trapné~). Poly je také velmi důležitým článkem v CMOS, ale složkou poly je Si a nelze jej generovat přímou reakcí s Si substrátem, jako je pěstování SiO2. To vyžaduje legendární CVD (chemická depozice z plynné fáze), která spočívá v chemické reakci ve vakuu a vysrážení generovaného objektu na destičce. V tomto příkladu je generovanou látkou polykřemík, který se poté vysráží na destičce (zde musím říct, že poly je generován v peci pomocí CVD, takže generování poly neprobíhá čistě CVD strojem).

Polykřemík vytvořený touto metodou se však vysráží na celém waferu a po vysrážení vypadá takto.

 

Expozice polymeru a SiO2:

V tomto kroku je vertikální struktura, kterou požadujeme, skutečně vytvořena, s poly nahoře, SiO2 dole a substrátem dole. Nyní je ale celá destička takto rozložena a potřebujeme už jen specifickou pozici, která bude strukturou „kohoutku“. Zbývá tedy nejdůležitější krok celého procesu – expozice.
Nejprve naneseme na povrch destičky vrstvu fotorezistu a vypadá to takto.

Poté na ni umístěte definovanou masku (vzor obvodu je na masce definován) a nakonec ji ozařte světlem o specifické vlnové délce. Fotorezist se v ozářené oblasti aktivuje. Protože oblast blokovaná maskou není zdrojem světla osvětlena, tento kus fotorezistu se neaktivuje.

Protože aktivovaný fotorezist se obzvláště snadno odplavuje specifickou chemickou kapalinou, zatímco neaktivovaný fotorezist smýt nelze, po ozáření se k jeho odstranění použije specifická kapalina, která nakonec dosáhne této konzistence: fotorezist zůstane tam, kde je třeba zadržet polymer a SiO2, a fotorezist se odstraní tam, kde zadržovat není nutné.