Puolijohteiden prosessivirta

Voit ymmärtää sen, vaikka et olisi koskaan opiskellut fysiikkaa tai matematiikkaa, mutta se on hieman liian yksinkertainen ja sopii aloittelijoille. Jos haluat tietää lisää CMOSista, sinun on luettava tämän numeron sisältö, koska vasta ymmärrettyäsi prosessinkulun (eli diodin valmistusprosessin) voit jatkaa seuraavan sisällön ymmärtämistä. Sitten tutustutaan siihen, miten tätä CMOSia valmistetaan tässä numerossa olevassa valimoyrityksessä (esimerkkinä ei-edistynyt prosessi, edistyneen prosessin CMOS on rakenteeltaan ja tuotantoperiaatteeltaan erilainen).

Ensinnäkin sinun on tiedettävä, että valimon toimittajalta saamat kiekot (piikiekkotoimittaja) ovat yksi kerrallaan, säteellä 200 mm (8-tuumainentehdas) tai 300 mm (12-tuumainentehdas). Kuten alla olevassa kuvassa näkyy, se on itse asiassa samanlainen kuin iso kakku, jota kutsumme substraatiksi.

Meidän ei kuitenkaan ole kätevää tarkastella sitä tällä tavalla. Katsomme alhaalta ylöspäin ja tarkastelemme poikkileikkauskuvaa, josta tulee seuraava kuva.

Seuraavaksi katsotaanpa, miltä CMOS-malli näyttää. Koska varsinainen prosessi vaatii tuhansia vaiheita, käsittelen tässä yksinkertaisimman 8-tuumaisen kiekon päävaiheita.

 

 

Kaivon ja inversiokerroksen valmistus:

Eli kaivo istutetaan substraattiin ioni-istutuksella (ioni-istutus, jäljempänä "implantaatio"). Jos haluat valmistaa NMOS:ia, sinun on istutettava P-tyypin kaivoja. Jos haluat valmistaa PMOS:ia, sinun on istutettava N-tyypin kaivoja. Otetaan esimerkiksi NMOS. Ioni-istutuskone istuttaa substraattiin istutettavat P-tyypin elementit tiettyyn syvyyteen ja sitten lämmittää niitä korkeassa lämpötilassa uuniputkessa aktivoidakseen nämä ionit ja levittääkseen niitä ympäriinsä. Tämä viimeistelee kaivon tuotannon. Näin se näyttää tuotannon päätyttyä.

Kaivon tekemisen jälkeen on muita ioni-istutusvaiheita, joiden tarkoituksena on säätää kanavavirran ja kynnysjännitteen suuruutta. Jokainen voi kutsua sitä inversiokerrokseksi. Jos haluat tehdä NMOS:ia, inversiokerrokseen istutetaan P-tyypin ioneja, ja jos haluat tehdä PMOS:ia, inversiokerrokseen istutetaan N-tyypin ioneja. Istutuksen jälkeen on kyseessä seuraava malli.

Tässä on paljon tietoa, kuten energia, kulma, ionien pitoisuus ionien istutuksen aikana jne., joita ei ole käsitelty tässä numerossa. Uskon, että jos tiedät nämä asiat, sinun on oltava sisäpiiriläinen ja sinulla on oltava tapa oppia ne.

 

SiO2:n valmistus:

Piidioksidia (SiO2, jäljempänä oksidi) valmistetaan myöhemmin. CMOS-tuotantoprosessissa on monia tapoja valmistaa oksidia. Tässä SiO2:ta käytetään portin alla, ja sen paksuus vaikuttaa suoraan kynnysjännitteen ja kanavavirran suuruuteen. Siksi useimmat valimot valitsevat uuniputken hapetusmenetelmän, jolla on korkea laatu, tarkin paksuuden säätö ja paras tasaisuus tässä vaiheessa. Itse asiassa se on hyvin yksinkertainen: uuniputkessa, jossa on happea, käytetään korkeaa lämpötilaa, jotta happi ja pii pääsevät reagoimaan kemiallisesti SiO2:n muodostamiseksi. Tällä tavoin Si:n pinnalle muodostuu ohut SiO2-kerros, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Tietenkin tässä on myös paljon erityistä tietoa, kuten kuinka monta astetta tarvitaan, kuinka paljon happipitoisuutta tarvitaan, kuinka kauan korkea lämpötila tarvitaan jne. Näitä emme nyt käsittele, ne ovat liian erityisiä.

Portin päätypolyn muodostuminen:

Mutta se ei ole vielä ohi. SiO2 vastaa vain säiettä, eikä varsinainen portti (poly) ole vielä alkanut. Joten seuraava askel on levittää kerros polysilikonia SiO2:n päälle (polysilikoni koostuu myös yhdestä piielementistä, mutta hilarakenne on erilainen. Älkää kysykö, miksi substraatti käyttää yksittäistä piitä ja portti polysilikonia. On olemassa kirja nimeltä Semiconductor Physics. Voit oppia siitä lisää. Se on noloa~). Poly on myös erittäin kriittinen lenkki CMOS:ssa, mutta polyn komponentti on pii, eikä sitä voida tuottaa suoralla reaktiolla piisubstraatin kanssa, kuten SiO2:n kasvatuksessa. Tämä vaatii legendaarisen CVD:n (Chemical Vapor Deposition), jossa kemiallisesti reagoidaan tyhjiössä ja saostetaan syntynyt kappale kiekolle. Tässä esimerkissä syntyvä aine on polysilikonia, joka sitten saostetaan kiekolle (tässä kohtaa on sanottava, että poly syntyy uuniputkessa CVD:llä, joten polyn tuotantoa ei tehdä puhtaalla CVD-laitteella).

Mutta tällä menetelmällä muodostettu polysilikoni saostuu koko kiekolle, ja se näyttää tältä saostuksen jälkeen.

 

Poly- ja SiO2-altistus:

Tässä vaiheessa haluamamme pystysuora rakenne on itse asiassa muodostettu, polypropeeni päällä, SiO2 pohjalla ja substraatti pohjalla. Mutta nyt koko kiekko on tällainen, ja tarvitsemme vain tietyn kohdan "hana"-rakennetta varten. Joten koko prosessin kriittisin vaihe on valotus.
Levitämme ensin kiekon pinnalle kerroksen fotoresistiä, ja siitä tulee tältä.

Aseta sitten määritelty maski (maskiin on jo määritetty piirikuvio) sen päälle ja lopuksi säteilytä sitä tietyn aallonpituuden omaavalla valolla. Fotoresisti aktivoituu säteilytetyllä alueella. Koska maskin peittämä alue ei ole valonlähteen valaisema, tämä fotoresistin osa ei aktivoidu.

Koska aktivoitu fotoresisti on erityisen helppo pestä pois tietyllä kemiallisella nesteellä, kun taas aktivoimatonta fotoresistia ei voida pestä pois, säteilytyksen jälkeen käytetään tiettyä nestettä aktivoituneen fotoresistin pesemiseen pois, ja lopulta siitä tulee tällainen. Fotoresistia jää jäljelle kohdissa, joissa polykarbonaatti ja SiO2 on pidettävä, ja fotoresistia ei tarvitse säilyttää.