זרימת תהליך מוליכים למחצה

אתם יכולים להבין את זה גם אם מעולם לא למדתם פיזיקה או מתמטיקה, אבל זה קצת פשוט מדי ומתאים למתחילים. אם אתם רוצים לדעת עוד על CMOS, עליכם לקרוא את תוכן הגיליון הזה, כי רק לאחר הבנת זרימת התהליך (כלומר, תהליך הייצור של הדיודה) תוכלו להמשיך להבין את התוכן הבא. לאחר מכן בואו נלמד על איך CMOS זה מיוצר בחברת היציקה בגיליון זה (אם ניקח לדוגמה תהליך לא מתקדם, ה-CMOS של תהליך מתקדם שונה במבנה ובעקרון הייצור).

קודם כל, עליכם לדעת שהופלים שמקבל בית היציקה מהספק (פרוסת סיליקוןספק) הם אחד אחד, עם רדיוס של 200 מ"מ (8 אינץ'מפעל) או 300 מ"מ (12 אינץ'כפי שמוצג באיור למטה, זה למעשה דומה לעוגה גדולה, שאנו מכנים מצע.

עם זאת, לא נוח לנו להסתכל על זה בצורה הזו. אנחנו מסתכלים מלמטה למעלה ומסתכלים על חתך הרוחב, שהופך לאיור הבא.

בשלב הבא, בואו נראה כיצד נראה מודל ה-CMOS. מכיוון שהתהליך בפועל דורש אלפי שלבים, אדבר כאן על השלבים העיקריים של פרוסת ה-8 אינץ' הפשוטה ביותר.

 

 

יצירת שכבת באר ושכבת היפוך:

כלומר, הבאר מושתלת לתוך המצע באמצעות השתלת יונים (Ion Implantation, להלן imp). אם רוצים לייצר NMOS, צריך להשתיל בארות מסוג P. אם רוצים לייצר PMOS, צריך להשתיל בארות מסוג N. לנוחיותכם, ניקח לדוגמה את NMOS. מכונת השתלת היונים משתילה את האלמנטים מסוג P שיש להשתיל לתוך המצע לעומק מסוים, ולאחר מכן מחממת אותם בטמפרטורה גבוהה בצינור הכבשן כדי להפעיל את היונים הללו ולפזר אותם מסביב. זה משלים את ייצור הבאר. כך זה נראה לאחר השלמת הייצור.

לאחר יצירת הבאר, ישנם שלבים נוספים של השתלת יונים, שמטרתם לשלוט בגודל זרם הערוץ ובמתח הסף. כל אחד יכול לקרוא לזה שכבת ההיפוך. אם רוצים לייצר NMOS, שכבת ההיפוך מושתלת ביונים מסוג P, ואם רוצים לייצר PMOS, שכבת ההיפוך מושתלת ביונים מסוג N. לאחר ההשתלה, זהו המודל הבא.

יש כאן הרבה תכנים, כמו האנרגיה, הזווית, ריכוז היונים במהלך השתלת היונים וכו', שאינם כלולים בגיליון זה, ואני מאמין שאם אתה יודע את הדברים האלה, אתה בוודאי מבין הדברים, וחייבת להיות לך דרך ללמוד אותם.

 

ייצור SiO2:

סיליקון דיאוקסיד (SiO2, להלן תחמוצת) ייוצר בהמשך. בתהליך ייצור CMOS, ישנן דרכים רבות לייצור תחמוצת. כאן, SiO2 משמש מתחת לשער, ועוביו משפיע ישירות על גודל מתח הסף ועל גודל זרם הערוץ. לכן, רוב בתי היציקה בוחרים בשיטת חמצון צינורות התנור בעלת האיכות הגבוהה ביותר, בקרת העובי המדויקת ביותר והאחידות הטובה ביותר בשלב זה. למעשה, זה פשוט מאוד, כלומר, בצינור תנור עם חמצן, משתמשים בטמפרטורה גבוהה כדי לאפשר לחמצן ולסיליקון להגיב כימית ליצירת SiO2. בדרך זו, נוצרת שכבה דקה של SiO2 על פני השטח של ה-Si, כפי שמוצג באיור למטה.

כמובן, יש כאן גם הרבה מידע ספציפי, כמו כמה מעלות נדרשות, כמה ריכוז חמצן נדרש, כמה זמן נדרשת הטמפרטורה הגבוהה וכו'. אלה לא מה שאנחנו שוקלים עכשיו, אלה ספציפיים מדי.

היווצרות פולי קצה שער:

אבל זה עדיין לא נגמר. SiO2 שווה ערך לחוט, והשער האמיתי (פולי) עדיין לא התחיל. אז הצעד הבא שלנו הוא להניח שכבה של פוליסיליקון על SiO2 (פוליסיליקון מורכב גם מאלמנט סיליקון יחיד, אבל סידור הסריג שונה. אל תשאלו אותי למה המצע משתמש בסיליקון גבישי יחיד והשער משתמש בפוליסיליקון. יש ספר שנקרא פיזיקת מוליכים למחצה. אתם יכולים ללמוד על זה. זה מביך~). פולי הוא גם חוליה קריטית מאוד ב-CMOS, אבל המרכיב של פולי הוא סיליקון, ואי אפשר לייצר אותו על ידי תגובה ישירה עם מצע סיליקון כמו גידול SiO2. זה דורש את ה-CVD האגדי (Chemical Vapor Deposition), שמטרתו להגיב כימית בוואקום ולשקוע את האובייקט שנוצר על הוופל. בדוגמה זו, החומר שנוצר הוא פוליסיליקון, ואז שוקע על הוופל (כאן אני חייב לומר שפולי נוצר בצינור תנור על ידי CVD, כך שייצור הפולי אינו נעשה על ידי מכונת CVD טהורה).

אבל הפוליסיליקון שנוצר בשיטה זו ישקע על כל הוופל, והוא נראה כך לאחר השקיעה.

 

חשיפה של פולי ו-SiO2:

בשלב זה, המבנה האנכי שאנו רוצים למעשה נוצר, עם פוליפרופילן בחלק העליון, SiO2 בתחתית והמצע בתחתית. אבל עכשיו כל הוופל כזה, ואנחנו צריכים רק מיקום ספציפי שיהיה מבנה ה"ברז". אז יש את השלב הקריטי ביותר בתהליך כולו - חשיפה.
ראשית אנו מורחים שכבה של פוטורזיסט על פני הוופל, והיא הופכת כך.

לאחר מכן, יש להניח עליה את המסכה המוגדרת (תבנית המעגל הוגדרה על המסכה), ולבסוף להקרין עליה אור באורך גל מסוים. הפוטורזיסט יופעל באזור המוקרן. מכיוון שהאזור החסום על ידי המסכה אינו מואר על ידי מקור האור, פיסת פוטורזיסט זו אינה מופעלת.

מכיוון שהפוטורזיסט המופעל נשטף בקלות רבה על ידי נוזל כימי ספציפי, בעוד שהפוטורזיסט הלא מופעל לא ניתן לשטיפה, לאחר ההקרנה, משתמשים בנוזל ספציפי לשטיפת הפוטורזיסט המופעל, ולבסוף הוא הופך כך, ומשאיר את הפוטורזיסט במקום בו יש לשמור את הפולי וה-SiO2, ומסיר את הפוטורזיסט היכן שאין צורך לשמור אותו.