Halvlederprocesflow

Du kan forstå det, selvom du aldrig har studeret fysik eller matematik, men det er lidt for simpelt og velegnet til begyndere. Hvis du vil vide mere om CMOS, skal du læse indholdet af dette nummer, for først efter at have forstået procesflowet (dvs. produktionsprocessen for dioden), kan du fortsætte med at forstå det følgende indhold. Lad os derefter lære om, hvordan denne CMOS produceres i støberivirksomheden i dette nummer (med ikke-avancerede processer som eksempel er CMOS i avancerede processer anderledes i struktur og produktionsprincip).

Først og fremmest skal du vide, at de wafere, som støberiet får fra leverandøren (siliciumwaferleverandør) er en efter en, med en radius på 200 mm (8-tommerfabrik) eller 300 mm (12-tommerSom vist på figuren nedenfor, ligner den faktisk en stor kage, som vi kalder et substrat.

Det er dog ikke praktisk for os at se på det på denne måde. Vi ser nedefra og op og ser på tværsnitsvisningen, som bliver til følgende figur.

Lad os derefter se, hvordan CMOS-modellen ser ud. Da selve processen kræver tusindvis af trin, vil jeg tale om hovedtrinnene i den enkleste 8-tommer wafer her.

 

 

At lave brønd og inversionslag:

Det vil sige, at brønden implanteres i substratet ved ionimplantation (ionimplantation, i det følgende benævnt imp). Hvis du vil fremstille NMOS, skal du implantere P-type brønde. Hvis du vil fremstille PMOS, skal du implantere N-type brønde. Lad os for nemheds skyld tage NMOS som et eksempel. Ionimplantationsmaskinen implanterer de P-type elementer, der skal implanteres i substratet, til en bestemt dybde og opvarmer dem derefter ved høj temperatur i ovnrøret for at aktivere disse ioner og diffundere dem rundt. Dette fuldfører produktionen af ​​brønden. Sådan ser det ud, når produktionen er afsluttet.

Efter at have lavet brønden, er der andre ionimplantationstrin, hvis formål er at kontrollere størrelsen af ​​kanalstrømmen og tærskelspændingen. Alle kan kalde det inversionslaget. Hvis man vil lave NMOS, implanteres inversionslaget med P-type ioner, og hvis man vil lave PMOS, implanteres inversionslaget med N-type ioner. Efter implantationen er det følgende model.

Der er en masse indhold her, såsom energi, vinkel, ionkoncentration under ionimplantation osv., som ikke er inkluderet i dette nummer, og jeg tror, ​​at hvis du kender disse ting, må du være insider, og du må have en måde at lære dem på.

 

Fremstilling af SiO2:

Siliciumdioxid (SiO2, herefter benævnt oxid) vil blive fremstillet senere. I CMOS-produktionsprocessen er der mange måder at fremstille oxid på. Her anvendes SiO2 under gaten, og dens tykkelse påvirker direkte størrelsen af ​​tærskelspændingen og størrelsen af ​​kanalstrømmen. Derfor vælger de fleste støberier den ovnrørsoxidationsmetoden med den højeste kvalitet, den mest præcise tykkelseskontrol og den bedste ensartethed på dette trin. Faktisk er det meget simpelt, det vil sige, at i et ovnrør med ilt anvendes høj temperatur for at tillade ilt og silicium at reagere kemisk for at generere SiO2. På denne måde genereres et tyndt lag SiO2 på overfladen af ​​Si, som vist på figuren nedenfor.

Der er selvfølgelig også en masse specifikke oplysninger her, såsom hvor mange grader der er nødvendige, hvor meget iltkoncentration der er nødvendig, hvor længe den høje temperatur er nødvendig osv. Det er ikke det, vi overvejer nu, de er for specifikke.

Dannelse af gate-ende Poly:

Men det er ikke slut endnu. SiO2 svarer kun til en tråd, og den rigtige gate (Poly) er ikke startet endnu. Så vores næste skridt er at lægge et lag polysilicium på SiO2 (polysilicium er også sammensat af et enkelt siliciumelement, men gitterarrangementet er anderledes. Spørg mig ikke, hvorfor substratet bruger enkeltkrystalsilicium, og gate bruger polysilicium. Der er en bog kaldet Semiconductor Physics. Du kan læse om det. Det er pinligt~). Poly er også et meget kritisk led i CMOS, men komponenten i poly er Si, og det kan ikke genereres ved direkte reaktion med Si-substrat som dyrkning af SiO2. Dette kræver den legendariske CVD (Chemical Vapor Deposition), som er at reagere kemisk i et vakuum og udfælde det genererede objekt på waferen. I dette eksempel er det genererede stof polysilicium, og det udfældes derefter på waferen (her må jeg sige, at poly genereres i et ovnrør ved CVD, så genereringen af ​​poly udføres ikke af en ren CVD-maskine).

Men det polysilicium, der dannes ved denne metode, vil blive udfældet på hele waferen, og det ser sådan ud efter udfældning.

 

Eksponering af Poly og SiO2:

På dette trin er den ønskede vertikale struktur faktisk blevet dannet, med poly på toppen, SiO2 på bunden og substratet på bunden. Men nu er hele waferen sådan her, og vi behøver kun en specifik position for at være "vandhane"-strukturen. Så er der det mest kritiske trin i hele processen - eksponering.
Vi smører først et lag fotoresist på overfladen af ​​waferen, og det bliver sådan her.

Sæt derefter den definerede maske (kredsløbsmønsteret er blevet defineret på masken) på den, og bestråle den til sidst med lys af en bestemt bølgelængde. Fotoresisten vil blive aktiveret i det bestrålede område. Da det område, der er blokeret af masken, ikke er oplyst af lyskilden, aktiveres dette stykke fotoresist ikke.

Da den aktiverede fotoresist er særlig let at vaske væk af en specifik kemisk væske, mens den uaktiverede fotoresist ikke kan vaskes væk, bruges en specifik væske efter bestråling til at vaske den aktiverede fotoresist væk. Til sidst bliver det sådan her, hvor fotoresisten efterlades, hvor Poly og SiO2 skal tilbageholdes, og fotoresisten fjernes, hvor den ikke behøver at blive tilbageholdt.