Flujo del proceso de semiconductores

Puedes entenderlo incluso si nunca has estudiado física o matemáticas, pero es un poco demasiado simple y adecuado para principiantes. Si quieres saber más sobre CMOS, debes leer el contenido de este número, porque solo después de comprender el flujo del proceso (es decir, el proceso de producción del diodo) podrás comprender el contenido siguiente. A continuación, veremos cómo se produce este CMOS en la fundición (tomando como ejemplo el proceso no avanzado; el CMOS de proceso avanzado difiere en estructura y principio de producción).

En primer lugar, debes saber que las obleas que la fundición obtiene del proveedor (oblea de silicioproveedor) son uno por uno, con un radio de 200 mm (8 pulgadasfábrica) o 300 mm (12 pulgadasfábrica). Como se muestra en la figura siguiente, en realidad es similar a un pastel grande, al que llamamos sustrato.

Sin embargo, no nos resulta conveniente verlo de esta manera. Observamos desde abajo hacia arriba y analizamos la vista en sección transversal, que se muestra en la siguiente figura.

A continuación, veamos cómo se ve el modelo CMOS. Dado que el proceso real requiere miles de pasos, aquí hablaré de los pasos principales de la oblea más simple de 8 pulgadas.

 

 

Creación de un pozo y una capa de inversión:

Es decir, el pozo se implanta en el sustrato mediante implantación iónica (en adelante, imp). Si se desea fabricar NMOS, es necesario implantar pozos de tipo P. Si se desea fabricar PMOS, es necesario implantar pozos de tipo N. Para mayor claridad, tomemos NMOS como ejemplo. La máquina de implantación iónica implanta los elementos de tipo P en el sustrato a una profundidad específica y, a continuación, los calienta a alta temperatura en el tubo del horno para activar los iones y dispersarlos. De esta forma se completa la producción del pozo. Así es como se ve una vez finalizada la producción.

Después de crear el pozo, se realizan otros pasos de implantación iónica, cuyo propósito es controlar el tamaño de la corriente del canal y el voltaje umbral. Se le conoce comúnmente como capa de inversión. Si se desea fabricar un NMOS, la capa de inversión se implanta con iones de tipo P, y si se desea fabricar un PMOS, se implanta con iones de tipo N. Tras la implantación, se obtiene el siguiente modelo.

Aquí hay muchos contenidos, como la energía, el ángulo, la concentración de iones durante la implantación iónica, etc., que no están incluidos en este número, y creo que si conoces esas cosas, debes ser un experto y debes tener una forma de aprenderlas.

 

Fabricación de SiO2:

El dióxido de silicio (SiO2, en adelante óxido) se fabricará posteriormente. En el proceso de producción CMOS, existen diversas formas de fabricar óxido. En este caso, el SiO2 se utiliza bajo la compuerta, y su espesor afecta directamente al valor de la tensión umbral y a la magnitud de la corriente del canal. Por lo tanto, la mayoría de las fundiciones optan por el método de oxidación en horno tubular, que ofrece la máxima calidad, el control de espesor más preciso y la mejor uniformidad en esta etapa. De hecho, es muy sencillo: en un horno tubular con oxígeno, se utiliza alta temperatura para que el oxígeno y el silicio reaccionen químicamente y generen SiO2. De esta forma, se genera una fina capa de SiO2 sobre la superficie del silicio, como se muestra en la figura siguiente.

Por supuesto, también hay mucha información específica, como la cantidad de grados necesarios, la concentración de oxígeno requerida, la duración de la alta temperatura, etc. Pero eso no es lo que nos interesa ahora, ya que es demasiado específico.

Formación del extremo de la puerta Poly:

Pero aún no ha terminado. El SiO2 es solo equivalente a un hilo, y la puerta real (Poly) aún no ha comenzado. Así que nuestro siguiente paso es colocar una capa de polisilicio sobre SiO2 (el polisilicio también está compuesto por un solo elemento de silicio, pero la disposición de la red es diferente. No me pregunten por qué el sustrato usa silicio monocristalino y la puerta usa polisilicio. Hay un libro llamado Física de Semiconductores. Pueden aprender sobre eso. Es vergonzoso~). El Poly también es un enlace muy crítico en CMOS, pero el componente del Poly es Si, y no se puede generar por reacción directa con el sustrato de Si como el crecimiento de SiO2. Esto requiere la legendaria CVD (Deposición Química en Vapor), que consiste en reaccionar químicamente en el vacío y precipitar el objeto generado en la oblea. En este ejemplo, la sustancia generada es polisilicio, y luego se precipita en la oblea (aquí debo decir que el Poly se genera en un tubo de horno por CVD, por lo que la generación de Poly no se realiza con una máquina CVD pura).

Pero el polisilicio formado por este método se precipitará sobre toda la oblea, y este es el aspecto que tiene después de la precipitación.

 

Exposición de poli y SiO2:

En esta etapa, la estructura vertical deseada ya está formada, con el poli en la parte superior, el SiO2 en la inferior y el sustrato en la parte inferior. Ahora toda la oblea tiene esta forma, y ​​solo necesitamos que una posición específica tenga la estructura de "grifo". Este es el paso más crítico de todo el proceso: la exposición.
Primero extendemos una capa de fotorresina sobre la superficie de la oblea, y queda así.

Luego, coloque la máscara definida (el patrón del circuito ya está impreso en ella) e irrámela con luz de una longitud de onda específica. La fotorresina se activará en la zona irradiada. Dado que la zona bloqueada por la máscara no recibe luz, esta parte de la fotorresina no se activa.

Dado que la fotorresina activada se elimina con especial facilidad mediante un líquido químico específico, mientras que la fotorresina no activada no se puede eliminar, después de la irradiación se utiliza un líquido específico para eliminar la fotorresina activada, y finalmente queda de esta manera, dejando la fotorresina donde se necesita retener el poli y el SiO2, y eliminándola donde no es necesario retenerla.