جریان فرآیند نیمه‌هادی

حتی اگر هرگز فیزیک یا ریاضیات نخوانده باشید، می‌توانید آن را بفهمید، اما کمی بیش از حد ساده و مناسب برای مبتدیان است. اگر می‌خواهید درباره CMOS بیشتر بدانید، باید محتوای این شماره را بخوانید، زیرا تنها پس از درک جریان فرآیند (یعنی فرآیند تولید دیود) می‌توانید به درک محتوای بعدی ادامه دهید. سپس بیایید در این شماره در مورد نحوه تولید این CMOS در شرکت ریخته‌گری یاد بگیریم (به عنوان مثال، CMOS فرآیند غیر پیشرفته از نظر ساختار و اصل تولید متفاوت است).

اول از همه، باید بدانید که ویفرهایی که کارخانه ریخته‌گری از تأمین‌کننده دریافت می‌کند (ویفر سیلیکونیتأمین‌کننده) یکی یکی، با شعاع ۲۰۰ میلی‌متر (۸ اینچیکارخانه) یا 300 میلی متر (۱۲ اینچیکارخانه). همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، در واقع شبیه یک کیک بزرگ است که ما آن را بستر می‌نامیم.

با این حال، برای ما راحت نیست که به این شکل به آن نگاه کنیم. ما از پایین به بالا نگاه می‌کنیم و به نمای مقطعی نگاه می‌کنیم که به شکل زیر تبدیل می‌شود.

در ادامه، بیایید ببینیم مدل CMOS چگونه ظاهر می‌شود. از آنجایی که فرآیند واقعی به هزاران مرحله نیاز دارد، در اینجا در مورد مراحل اصلی ساده‌ترین ویفر ۸ اینچی صحبت خواهم کرد.

 

 

ساخت چاه و لایه وارونگی:

یعنی، چاهک با کاشت یون (کاشت یون، که از این پس imp نامیده می‌شود) در زیرلایه کاشته می‌شود. اگر می‌خواهید NMOS بسازید، باید چاهک‌های نوع P را بکارید. اگر می‌خواهید PMOS بسازید، باید چاهک‌های نوع N را بکارید. برای راحتی شما، NMOS را به عنوان مثال در نظر می‌گیریم. دستگاه کاشت یون، عناصر نوع P را که قرار است در زیرلایه کاشته شوند، تا عمق خاصی کاشته و سپس آنها را در دمای بالا در لوله کوره گرم می‌کند تا این یون‌ها را فعال کرده و در اطراف پخش کند. این کار تولید چاهک را تکمیل می‌کند. این همان چیزی است که پس از تکمیل تولید به نظر می‌رسد.

بعد از ساخت چاه، مراحل کاشت یون دیگری وجود دارد که هدف از آن کنترل اندازه جریان کانال و ولتاژ آستانه است. همه می‌توانند آن را لایه وارونگی بنامند. اگر می‌خواهید NMOS بسازید، لایه وارونگی با یون‌های نوع P کاشته می‌شود و اگر می‌خواهید PMOS بسازید، لایه وارونگی با یون‌های نوع N کاشته می‌شود. بعد از کاشت، مدل زیر است.

اینجا مطالب زیادی مثل انرژی، زاویه، غلظت یون در حین کاشت یون و غیره وجود دارد که در این شماره نمی‌گنجد و من معتقدم اگر آن مطالب را می‌دانید، حتماً اهل عمل هستید و حتماً راهی برای یادگیری آنها دارید.

 

ساخت SiO2:

دی اکسید سیلیکون (SiO2، که از این پس اکسید نامیده می‌شود) بعداً ساخته خواهد شد. در فرآیند تولید CMOS، روش‌های زیادی برای ساخت اکسید وجود دارد. در اینجا، SiO2 در زیر گیت استفاده می‌شود و ضخامت آن مستقیماً بر اندازه ولتاژ آستانه و اندازه جریان کانال تأثیر می‌گذارد. بنابراین، اکثر ریخته‌گری‌ها روش اکسیداسیون لوله کوره را با بالاترین کیفیت، دقیق‌ترین کنترل ضخامت و بهترین یکنواختی در این مرحله انتخاب می‌کنند. در واقع، این کار بسیار ساده است، یعنی در یک لوله کوره با اکسیژن، از دمای بالا استفاده می‌شود تا اکسیژن و سیلیکون به صورت شیمیایی واکنش نشان دهند و SiO2 تولید شود. به این ترتیب، یک لایه نازک SiO2 روی سطح Si ایجاد می‌شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

البته، اطلاعات خاص زیادی هم اینجا وجود دارد، مثلاً اینکه چند درجه حرارت لازم است، چه مقدار غلظت اکسیژن لازم است، چه مدت دمای بالا لازم است و غیره. اینها چیزهایی نیستند که الان مد نظر ما باشند، اینها خیلی خاص هستند.

تشکیل پلی انتهای دروازه:

اما هنوز تمام نشده است. SiO2 فقط معادل یک رشته است و گیت واقعی (پلی) هنوز شروع نشده است. بنابراین گام بعدی ما قرار دادن یک لایه پلی سیلیکون روی SiO2 است (پلی سیلیکون نیز از یک عنصر سیلیکونی واحد تشکیل شده است، اما آرایش شبکه آن متفاوت است. از من نپرسید که چرا زیرلایه از سیلیکون تک کریستالی و گیت از پلی سیلیکون استفاده می‌کند. کتابی به نام فیزیک نیمه‌هادی وجود دارد. می‌توانید در مورد آن اطلاعات کسب کنید. خجالت‌آور است~). پلی همچنین یک پیوند بسیار حیاتی در CMOS است، اما جزء پلی، Si است و نمی‌توان آن را با واکنش مستقیم با زیرلایه Si مانند رشد SiO2 تولید کرد. این امر به CVD افسانه‌ای (رسوب بخار شیمیایی) نیاز دارد، که عبارت است از واکنش شیمیایی در خلاء و رسوب جسم تولید شده روی ویفر. در این مثال، ماده تولید شده پلی سیلیکون است و سپس روی ویفر رسوب داده می‌شود (در اینجا باید بگویم که پلی در یک لوله کوره توسط CVD تولید می‌شود، بنابراین تولید پلی توسط یک دستگاه CVD خالص انجام نمی‌شود).

اما پلی‌سیلیکون تشکیل‌شده با این روش روی کل ویفر رسوب می‌کند و پس از رسوب‌گذاری به این شکل به نظر می‌رسد.

 

قرار گرفتن در معرض پلی و SiO2:

در این مرحله، ساختار عمودی مورد نظر ما در واقع تشکیل شده است، با پلی در بالا، SiO2 در پایین و زیرلایه در پایین. اما اکنون کل ویفر به این شکل است و ما فقط به یک موقعیت خاص نیاز داریم تا ساختار "شیر آب" باشد. بنابراین بحرانی‌ترین مرحله در کل فرآیند وجود دارد - نوردهی.
ما ابتدا یک لایه فتورزیست روی سطح ویفر پخش می‌کنیم و به این شکل در می‌آید.

سپس ماسک تعریف‌شده (الگوی مدار روی ماسک تعریف شده است) را روی آن قرار دهید و در نهایت آن را با نوری با طول موج مشخص تابش دهید. فوتورزیست در ناحیه تحت تابش فعال می‌شود. از آنجایی که ناحیه مسدود شده توسط ماسک توسط منبع نور روشن نمی‌شود، این قطعه فوتورزیست فعال نمی‌شود.

از آنجایی که فتورزیست فعال شده به راحتی توسط یک مایع شیمیایی خاص شسته می‌شود، در حالی که فتورزیست غیرفعال شده قابل شستشو نیست، پس از تابش، از یک مایع خاص برای شستشوی فتورزیست فعال شده استفاده می‌شود و در نهایت به این شکل در می‌آید، فتورزیست در جایی که پلی و SiO2 باید حفظ شوند، باقی می‌ماند و فتورزیست در جایی که نیازی به حفظ آن نیست، حذف می‌شود.