Pooljuhtide protsessi voog

Sellest saab aru isegi siis, kui pole kunagi füüsikat ega matemaatikat õppinud, aga see on pisut liiga lihtne ja sobib algajatele. Kui soovite CMOS-i kohta rohkem teada saada, peate lugema selle numbri sisu, sest alles pärast protsessivoo (st dioodi tootmisprotsessi) mõistmist saate järgmise sisuga edasi tegeleda. Seejärel uurime, kuidas seda CMOS-i valukojas toodetakse (näiteks mittetäiustatud protsessi puhul on täiustatud protsessiga CMOS struktuuri ja tootmispõhimõtte poolest erinev).

Esiteks peate teadma, et vahvlid, mida valukoda tarnijalt saab (ränivahveltarnija) on ükshaaval, raadiusega 200 mm (8-tollinetehasest) või 300 mm (12-tollinetehas). Nagu alloleval joonisel näidatud, on see tegelikult sarnane suure koogiga, mida me nimetame substraadiks.

Siiski pole meil mugav seda nii vaadata. Me vaatame alt üles ja vaatleme ristlõiget, millest saab järgmine joonis.

Järgmisena vaatame, kuidas CMOS-mudel välja näeb. Kuna tegelik protsess nõuab tuhandeid samme, räägin siin kõige lihtsama 8-tollise kiibi põhisammudest.

 

 

Kaevu ja inversioonikihi valmistamine:

See tähendab, et puurkaev implanteeritakse substraadile ioonimplantatsiooni teel (ioonimplantatsioon, edaspidi imp). NMOS-i valmistamiseks peate implanteerima P-tüüpi puurkaevusid. PMOS-i valmistamiseks peate implanteerima N-tüüpi puurkaevusid. Teie mugavuse huvides võtame näiteks NMOS-i. Ioonimplantatsioonimasin implanteerib substraadile implanteeritavad P-tüüpi elemendid kindlale sügavusele ja seejärel kuumutab neid ahjutorus kõrgel temperatuuril, et need ioonid aktiveerida ja hajutada. See viib puurkaevu tootmise lõpule. Nii näeb see välja pärast tootmise lõppu.

Pärast kaevu tegemist on järgmised ioonide implanteerimise etapid, mille eesmärk on kontrollida kanali voolu suurust ja lävipinget. Kõik võivad seda nimetada inversioonikihiks. NMOS-i valmistamiseks implanteeritakse inversioonikiht P-tüüpi ioonidega ja PMOS-i valmistamiseks implanteeritakse inversioonikiht N-tüüpi ioonidega. Pärast implanteerimist on tegemist järgmise mudeliga.

Siin on palju sisu, näiteks energia, nurk, ioonide kontsentratsioon ioonide implanteerimise ajal jne, mida selles numbris ei käsitleta, ja ma usun, et kui te neid asju teate, peate olema siseringi asjatundja ja teil peab olema võimalus neid õppida.

 

SiO2 valmistamine:

Ränidioksiidi (SiO2, edaspidi oksiid) valmistatakse hiljem. CMOS-tootmisprotsessis on oksiidi valmistamiseks palju viise. Siin kasutatakse SiO2 värava all ja selle paksus mõjutab otseselt lävipinge suurust ja kanali voolu suurust. Seetõttu valivad enamik valukodasid ahjutoru oksüdeerimismeetodi, millel on kõrgeim kvaliteet, kõige täpsem paksuse kontroll ja parim ühtlus selles etapis. Tegelikult on see väga lihtne, st hapnikuga ahjutorus kasutatakse kõrget temperatuuri, et hapnik ja räni saaksid keemiliselt reageerida, moodustades SiO2. Sel viisil tekib Si pinnale õhuke SiO2 kiht, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Muidugi on siin ka palju spetsiifilist teavet, näiteks mitu kraadi on vaja, kui suur on hapniku kontsentratsioon, kui kaua kõrge temperatuur on vajalik jne. Neid me praegu ei aruta, need on liiga spetsiifilised.

Värava otsa polü moodustumine:

Aga see pole veel läbi. SiO2 on lihtsalt niidi ekvivalent ja päris värav (polü) pole veel alanud. Seega on meie järgmine samm polüsilikooni kihi asetamine SiO2-le (polüsilikoon koosneb samuti ühest ränielemendist, aga võre paigutus on erinev. Ärge küsige, miks substraadis on kasutatud monokristallilist räni ja väravas polüsilikooni. On olemas raamat pealkirjaga "Semiconductor Physics". Saate sellest õppida. See on piinlik~). Polü on samuti CMOS-is väga oluline lüli, aga polü komponendiks on räni ja seda ei saa tekitada otsese reaktsiooni teel ränisubstraadiga, nagu SiO2 kasvatamisel. See nõuab legendaarset CVD-d (keemilist aurustamist), mis seisneb keemilises reaktsioonis vaakumis ja tekitatud objekti sadestamises vahvlile. Selles näites on tekitatud aine polüsilikoon ja seejärel sadestatakse see vahvlile (siin pean ütlema, et polü tekitatakse ahjutorus CVD abil, seega polü tekitamist ei teostata puhta CVD-masinaga).

Kuid selle meetodi abil moodustunud polükristalliline räni sadestub kogu vahvlile ja pärast sadestamist näeb see välja selline.

 

Polü ja SiO2 kokkupuude:

Selles etapis on soovitud vertikaalne struktuur juba moodustunud – peal polü, all SiO2 ja alusmaterjal. Nüüd on aga kogu vahvel selline ja meil on vaja ainult kindlat kohta, mis moodustaks "kraani" struktuuri. Seega on kogu protsessi kõige kriitilisem samm – säritus.
Esmalt laotame vahvli pinnale kihi fotoresisti ja see muutub selliseks.

Seejärel asetage sellele määratletud mask (maskil on määratletud vooluringi muster) ja kiiritage seda lõpuks kindla lainepikkusega valgusega. Fotoresist aktiveerub kiiritatud alal. Kuna maski poolt blokeeritud ala valgusallikas ei valgusta, siis see fotoresisti tükk ei aktiveeru.

Kuna aktiveeritud fotoresisti on spetsiifilise keemilise vedelikuga eriti lihtne maha pesta, samas kui aktiveerimata fotoresisti ei saa maha pesta, kasutatakse pärast kiiritamist spetsiifilist vedelikku aktiveeritud fotoresisti mahapesemiseks ja lõpuks muutub see selliseks, jättes fotoresisti sinna, kus polü ja SiO2 vajavad kinnihoidmist, ning eemaldades fotoresisti seal, kus seda pole vaja kinni hoida.