Կիսահաղորդչային պրոցեսի հոսք

Դուք կարող եք հասկանալ այն, նույնիսկ եթե երբեք ֆիզիկա կամ մաթեմատիկա չեք ուսումնասիրել, բայց այն մի փոքր չափազանց պարզ է և հարմար է սկսնակների համար: Եթե ցանկանում եք ավելին իմանալ CMOS-ի մասին, պետք է կարդաք այս համարի բովանդակությունը, քանի որ միայն գործընթացի հոսքը (այսինքն՝ դիոդի արտադրության գործընթացը) հասկանալուց հետո կարող եք շարունակել հասկանալ հետևյալ բովանդակությունը: Այնուհետև եկեք իմանանք, թե ինչպես է այս CMOS-ը արտադրվում ձուլարանային ընկերությունում այս համարում (օրինակ՝ ոչ առաջադեմ գործընթացը վերցնելով՝ առաջադեմ գործընթացի CMOS-ը տարբերվում է կառուցվածքով և արտադրության սկզբունքով):

Նախևառաջ, դուք պետք է իմանաք, որ ձուլարանը մատակարարից ստանում է վաֆլիներ (սիլիկոնային թիթեղմատակարար) մեկ առ մեկ են, 200 մմ շառավղով (8 դյույմգործարանային) կամ 300 մմ (12 դյույմգործարան): Ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված նկարում, այն իրականում նման է մեծ տորթի, որը մենք անվանում ենք սուբստրատ:

Սակայն մեզ համար հարմար չէ այսպես նայել դրան։ Մենք նայում ենք ներքևից վերև և լայնական կտրվածքին, որը դառնում է հետևյալ նկարը։

Հաջորդը, եկեք տեսնենք, թե ինչ տեսք ունի CMOS մոդելը։ Քանի որ իրական գործընթացը պահանջում է հազարավոր քայլեր, ես այստեղ կխոսեմ ամենապարզ 8 դյույմանոց վաֆլիի հիմնական քայլերի մասին։

 

 

Հորատանցքի պատրաստում և ինվերսիայի շերտ.

Այսինքն՝ հորատանցքը տեղադրվում է հիմքի մեջ իոնային իմպլանտացիայի միջոցով (իոնային իմպլանտացիա, այսուհետ՝ իմպլանտացիա): Եթե ցանկանում եք պատրաստել NMOS, ապա անհրաժեշտ է տեղադրել P-տիպի հորատանցքեր: Եթե ցանկանում եք պատրաստել PMOS, ապա անհրաժեշտ է տեղադրել N-տիպի հորատանցքեր: Ձեր հարմարության համար, օրինակ, դիտարկենք NMOS-ը: Իոնային իմպլանտացիայի մեքենան որոշակի խորության վրա տեղադրում է հիմքի մեջ տեղադրվող P-տիպի տարրերը, ապա տաքացնում դրանք բարձր ջերմաստիճանում՝ վառարանի խողովակում՝ այդ իոնները ակտիվացնելու և դրանք շուրջը ցրելու համար: Սա ավարտում է հորատանցքի արտադրությունը: Ահա թե ինչ տեսք ունի այն արտադրությունն ավարտվելուց հետո:

Հորատանցքը պատրաստելուց հետո կան իոնային իմպլանտացիայի այլ քայլեր, որոնց նպատակն է կարգավորել ալիքի հոսանքի չափը և շեմային լարումը: Բոլորը կարող են այն անվանել ինվերսիոն շերտ: Եթե ցանկանում եք ստեղծել NMOS, ինվերսիոն շերտը իմպլանտացվում է P-տիպի իոններով, իսկ եթե ցանկանում եք ստեղծել PMOS, ինվերսիոն շերտը իմպլանտացվում է N-տիպի իոններով: Իմպլանտացիայից հետո ստացվում է հետևյալ մոդելը:

Այստեղ կան բազմաթիվ բովանդակություններ, ինչպիսիք են էներգիան, անկյունը, իոնների կոնցենտրացիան իոնների իմպլանտացիայի ժամանակ և այլն, որոնք չեն ներառվել այս թողարկման մեջ, և ես կարծում եմ, որ եթե դուք գիտեք այդ բաները, ապա պետք է լինեք ներքին մարդ և ունենաք դրանք սովորելու միջոց։

 

SiO2-ի ստացում.

Սիլիցիումի երկօքսիդը (SiO2, այսուհետ՝ օքսիդ) կստացվի ավելի ուշ: CMOS արտադրության գործընթացում կան օքսիդ ստանալու բազմաթիվ եղանակներ: Այստեղ SiO2-ը օգտագործվում է դարպասի տակ, և դրա հաստությունը անմիջականորեն ազդում է շեմային լարման և ալիքային հոսանքի մեծության վրա: Հետևաբար, ձուլարանների մեծ մասը ընտրում է վառարանի խողովակի օքսիդացման մեթոդը՝ այս փուլում ամենաբարձր որակով, հաստության առավել ճշգրիտ կարգավորմամբ և լավագույն միատարրությամբ: Իրականում, դա շատ պարզ է, այսինքն՝ թթվածնով վառարանի խողովակում օգտագործվում է բարձր ջերմաստիճան, որպեսզի թթվածինը և սիլիցիումը քիմիական ռեակցիայի մեջ մտնեն՝ SiO2 առաջացնելու համար: Այս կերպ, Si-ի մակերեսին առաջանում է SiO2-ի բարակ շերտ, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված նկարում:

Իհարկե, այստեղ կա նաև շատ կոնկրետ տեղեկատվություն, օրինակ՝ քանի աստիճան է անհրաժեշտ, որքան թթվածնի կոնցենտրացիա է անհրաժեշտ, որքան ժամանակ է անհրաժեշտ բարձր ջերմաստիճանը և այլն: Սրանք այն չեն, ինչ մենք հիմա քննարկում ենք, դրանք չափազանց կոնկրետ են:

Դարպասի ծայրի պոլիի ձևավորում.

Բայց դեռ չի ավարտվել։ SiO2-ը պարզապես համարժեք է թելի, իսկ իրական դարպասը (Պոլի) դեռ չի սկսվել։ Այսպիսով, մեր հաջորդ քայլը SiO2-ի վրա պոլիսիլիցիումի շերտ դնելն է (պոլիսիլիցիումը նույնպես կազմված է մեկ սիլիցիումային տարրից, բայց ցանցի դասավորությունը տարբեր է։ Մի հարցրեք ինձ, թե ինչու է հիմքը օգտագործում միաբյուրեղային սիլիցիում, իսկ դարպասը՝ պոլիսիլիցիում։ Կա մի գիրք՝ «Կիսահաղորդչային ֆիզիկա» վերնագրով։ Դուք կարող եք իմանալ դրա մասին։ Սա ամոթալի է~)։ Պոլիումը նույնպես շատ կարևոր օղակ է CMOS-ում, բայց պոլիի բաղադրիչը Si-ն է, և այն չի կարող ստեղծվել Si հիմքի հետ ուղղակի ռեակցիայի միջոցով, ինչպես SiO2-ի աճեցումը։ Սա պահանջում է լեգենդար CVD (քիմիական գոլորշու նստեցում), որը նշանակում է քիմիապես ռեակցիա անցկացնել վակուումում և ստացված առարկան նստեցնել վաֆլիի վրա։ Այս օրինակում ստացված նյութը պոլիսիլիցիում է, ապա նստեցվել վաֆլիի վրա (այստեղ պետք է ասեմ, որ պոլին ստեղծվում է վառարանի խողովակում CVD-ի միջոցով, ուստի պոլիի առաջացումը չի կատարվում մաքուր CVD մեքենայի կողմից)։

Սակայն այս մեթոդով առաջացած պոլիսիլիցիումը կնստի ամբողջ վաֆլիի վրա, և նստվածքից հետո այն այսպիսի տեսք կունենա։

 

Պոլիի և SiO2-ի ազդեցությունը.

Այս փուլում մեզ անհրաժեշտ ուղղահայաց կառուցվածքն արդեն ձևավորված է՝ վերևում պոլիէթիլեն, ներքևում՝ SiO2, իսկ ներքևում՝ հիմք։ Բայց հիմա ամբողջ թիթեղն այսպիսին է, և մեզ անհրաժեշտ է միայն որոշակի դիրք՝ «ծորակի» կառուցվածքը ստանալու համար։ Այսպիսով, ամբողջ գործընթացում կա ամենակարևոր քայլը՝ էքսպոզիցիա։
Սկզբում մենք վաֆլիի մակերեսին տարածում ենք ֆոտոռեզիստի շերտ, և այն դառնում է այսպիսին։

Այնուհետև դրա վրա դրեք սահմանված դիմակը (շղթայի պատկերը սահմանված է դիմակի վրա) և վերջապես ճառագայթեք այն որոշակի ալիքի երկարության լույսով: Լուսառեզիստը կակտիվանա ճառագայթված տարածքում: Քանի որ դիմակով փակված տարածքը չի լուսավորվում լույսի աղբյուրով, լուսառեզիստի այս մասը չի ակտիվանում:

Քանի որ ակտիվացված լուսառեզիստը հատկապես հեշտ է լվանալ որոշակի քիմիական հեղուկով, մինչդեռ չակտիվացված լուսառեզիստը չի կարող լվանալ, ճառագայթումից հետո ակտիվացված լուսառեզիստը լվանալու համար օգտագործվում է որոշակի հեղուկ, և վերջապես այն դառնում է այսպիսին՝ լուսառեզիստը մնում է այնտեղ, որտեղ անհրաժեշտ է պահպանել պոլիէթիլենը և SiO2-ը, և լուսառեզիստը հեռացվում է այնտեղ, որտեղ այն անհրաժեշտ չէ պահպանել։