ნახევარგამტარული პროცესის ნაკადი

მისი გაგება მაშინაც შეგიძლიათ, თუ ფიზიკა ან მათემატიკა არასდროს გისწავლიათ, თუმცა ის ცოტა ზედმეტად მარტივია და დამწყებთათვისაც შესაფერისია. თუ გსურთ CMOS-ის შესახებ მეტი გაიგოთ, უნდა წაიკითხოთ ამ ნომრის შინაარსი, რადგან მხოლოდ პროცესის ნაკადის (ანუ დიოდის წარმოების პროცესის) გაგების შემდეგ შეგიძლიათ გააგრძელოთ შემდეგი შინაარსის გაგება. შემდეგ კი, ამ ნომერში გავიგოთ, თუ როგორ იწარმოება ეს CMOS ჩამოსხმის კომპანიაში (მაგალითად, არამოწინავე პროცესის CMOS-ის მაგალითზე, მოწინავე პროცესის CMOS განსხვავდება სტრუქტურითა და წარმოების პრინციპით).

პირველ რიგში, თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ ვაფლები, რომლებსაც ქარხანა მომწოდებლისგან იღებს (სილიკონის ვაფლიმიმწოდებელი) ერთმანეთის მიყოლებით, 200 მმ რადიუსით (8 ინჩიქარხნული) ან 300 მმ (12-ინჩიანიქარხანა). როგორც ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზეა ნაჩვენები, ის სინამდვილეში დიდი ნამცხვრის მსგავსია, რომელსაც ჩვენ სუბსტრატს ვუწოდებთ.

თუმცა, ჩვენთვის ამ კუთხით ყურება მოსახერხებელი არ არის. ჩვენ ქვემოდან ზემოთ ვუყურებთ განივი ჭრილის ხედს, რომელიც შემდეგ ფიგურას იღებს.

შემდეგ, ვნახოთ, როგორ გამოიყურება CMOS მოდელი. რადგან ფაქტობრივი პროცესი ათასობით ნაბიჯს მოითხოვს, აქ უმარტივესი 8 დიუმიანი ვაფლის ძირითად ეტაპებზე ვისაუბრებ.

 

 

ჭაბურღილის შექმნა და ინვერსიული ფენა:

ანუ, ჭაბურღილის იმპლანტაცია სუბსტრატში იონური იმპლანტაციით ხდება (იონური იმპლანტაცია, შემდგომში მოხსენიებული, როგორც imp). თუ გსურთ NMOS-ის გაკეთება, საჭიროა P-ტიპის ჭაბურღილების იმპლანტაცია. თუ გსურთ PMOS-ის გაკეთება, საჭიროა N-ტიპის ჭაბურღილების იმპლანტაცია. თქვენი მოხერხებულობისთვის, მაგალითად, ავიღოთ NMOS. იონური იმპლანტაციის მანქანა იმპლანტაციას უკეთებს P-ტიპის ელემენტებს სუბსტრატში კონკრეტულ სიღრმეზე და შემდეგ აცხელებს მათ მაღალ ტემპერატურაზე ღუმელის მილში, რათა გაააქტიუროს ეს იონები და გაავრცელოს ისინი. ამით ჭაბურღილის წარმოება სრულდება. ასე გამოიყურება ის წარმოების დასრულების შემდეგ.

ჭის გაკეთების შემდეგ, არსებობს იონური იმპლანტაციის სხვა ეტაპები, რომელთა მიზანია არხის დენის ზომისა და ზღურბლის ძაბვის კონტროლი. ყველას შეუძლია მას ინვერსიული ფენა უწოდოს. თუ გსურთ NMOS-ის შექმნა, ინვერსიულ ფენაში იმპლანტაცია ხდება P-ტიპის იონებით, ხოლო თუ გსურთ PMOS-ის შექმნა, ინვერსიულ ფენაში იმპლანტაცია ხდება N-ტიპის იონებით. იმპლანტაციის შემდეგ, ეს არის შემდეგი მოდელი.

აქ ბევრი რამ არის განხილული, როგორიცაა ენერგია, კუთხე, იონების კონცენტრაცია იონების იმპლანტაციის დროს და ა.შ., რომლებიც ამ ნომერში არ შედის და მე მჯერა, რომ თუ ეს ყველაფერი იცით, უნდა იყოთ ინსაიდერი და უნდა გქონდეთ მათი შესწავლის გზა.

 

SiO2-ის წარმოება:

სილიციუმის დიოქსიდი (SiO2, შემდგომში ოქსიდი) მოგვიანებით დამზადდება. CMOS წარმოების პროცესში ოქსიდის მიღების მრავალი გზა არსებობს. აქ SiO2 გამოიყენება კარიბჭის ქვეშ და მისი სისქე პირდაპირ გავლენას ახდენს ზღურბლის ძაბვის სიდიდესა და არხის დენის სიდიდეზე. ამიტომ, ამ ეტაპზე, ჩამოსხმების ქარხნების უმეტესობა ირჩევს ღუმელის მილის დაჟანგვის მეთოდს უმაღლესი ხარისხით, სისქის ყველაზე ზუსტი კონტროლით და საუკეთესო ერთგვაროვნებით. სინამდვილეში, ეს ძალიან მარტივია, ანუ ჟანგბადის შემცველ ღუმელის მილში მაღალი ტემპერატურა გამოიყენება იმისათვის, რომ ჟანგბადმა და სილიციუმმა ქიმიურად რეაგირება მოახდინონ SiO2-ის წარმოსაქმნელად. ამ გზით, Si-ის ზედაპირზე წარმოიქმნება SiO2-ის თხელი ფენა, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

რა თქმა უნდა, აქ ასევე ბევრი კონკრეტული ინფორმაციაა, მაგალითად, რამდენი გრადუსია საჭირო, ჟანგბადის რა კონცენტრაციაა საჭირო, რამდენ ხანს არის საჭირო მაღალი ტემპერატურა და ა.შ. ახლა ამაზე არ ვფიქრობთ, ისინი ძალიან სპეციფიკურია.

კარიბჭის ბოლო პოლის ფორმირება:

მაგრამ ეს ჯერ არ დასრულებულა. SiO2 უბრალოდ ძაფის ეკვივალენტურია და რეალური კარიბჭე (პოლი) ჯერ არ დაწყებულა. ამიტომ, ჩვენი შემდეგი ნაბიჯი არის პოლისილიციუმის ფენის დადება SiO2-ზე (პოლისილიციუმი ასევე შედგება ერთი სილიციუმის ელემენტისგან, მაგრამ ბადის განლაგება განსხვავებულია. არ მკითხოთ, რატომ იყენებს სუბსტრატი ერთკრისტალურ სილიციუმს და კარიბჭე - პოლისილიციუმს. არსებობს წიგნი სახელწოდებით „ნახევარგამტარული ფიზიკა“. შეგიძლიათ ამის შესახებ გაიგოთ. ეს უხერხულია~). პოლი ასევე ძალიან კრიტიკული რგოლია CMOS-ში, მაგრამ პოლის კომპონენტია Si და მისი გენერირება შეუძლებელია Si სუბსტრატთან პირდაპირი რეაქციით, როგორც ეს ხდება SiO2-ის მოზრდით. ამისათვის საჭიროა ლეგენდარული CVD (ქიმიური ორთქლის დეპონირება), რაც გულისხმობს ქიმიურ რეაქციას ვაკუუმში და გენერირებული ობიექტის დალექვას ვაფლზე. ამ მაგალითში, გენერირებული ნივთიერება არის პოლისილიციუმი, შემდეგ კი დალექვა ვაფლზე (აქ უნდა ვთქვა, რომ პოლი წარმოიქმნება ღუმელის მილში CVD-ით, ამიტომ პოლის წარმოქმნა არ ხდება სუფთა CVD მანქანით).

თუმცა, ამ მეთოდით წარმოქმნილი პოლისილიციუმი მთელ ვაფლზე დაილექება და დალექვის შემდეგ ის ასე გამოიყურება.

 

პოლი და SiO2-ის ექსპოზიცია:

ამ ეტაპზე, ჩვენთვის სასურველი ვერტიკალური სტრუქტურა ფაქტობრივად ჩამოყალიბებულია, ზედა ნაწილში პოლიეთილენით, ქვედა ნაწილში SiO2-ით და ქვედა ნაწილში სუბსტრატით. თუმცა, ახლა მთელი ვაფლი ასეთია და „ონკანის“ სტრუქტურისთვის მხოლოდ კონკრეტული პოზიცია გვჭირდება. ასე რომ, მთელ პროცესში ყველაზე კრიტიკული ეტაპია - ექსპოზიცია.
თავდაპირველად ვაფლის ზედაპირზე ფოტორეზისტის ფენას ვაფენთ და ასე გამოდის.

შემდეგ მასზე დააფარეთ განსაზღვრული ნიღაბი (ნიღაბზე განსაზღვრულია წრედის ნიმუში) და ბოლოს დაასხივეთ იგი კონკრეტული ტალღის სიგრძის სინათლით. ფოტორეზისტი გააქტიურდება დასხივებულ ადგილას. რადგან ნიღბით დაბლოკილი არე სინათლის წყაროს მიერ არ არის განათებული, ფოტორეზისტის ეს ნაწილი არ აქტიურდება.

რადგან გააქტიურებული ფოტორეზისტი განსაკუთრებით ადვილად ირეცხება სპეციფიკური ქიმიური სითხით, ხოლო არააქტიური ფოტორეზისტის ჩამორეცხვა შეუძლებელია, დასხივების შემდეგ გააქტიურებული ფოტორეზისტის გასარეცხად გამოიყენება სპეციფიკური სითხე და საბოლოოდ ის ასეთ მდგომარეობაში იღებს: ფოტორეზისტი რჩება იქ, სადაც პოლი და SiO2-ის შეკავებაა საჭირო, ხოლო ფოტორეზისტი იხსნება იქ, სადაც მისი შეკავება არ არის საჭირო.