Je kunt het begrijpen, zelfs als je nooit natuurkunde of wiskunde hebt gestudeerd, maar het is wel wat te simpel en geschikt voor beginners. Als je meer wilt weten over CMOS, moet je de inhoud van dit nummer lezen, want pas nadat je het procesverloop (dat wil zeggen, het productieproces van de diode) begrijpt, kun je de volgende inhoud begrijpen. Laten we in dit nummer eens kijken hoe deze CMOS in een gieterij wordt geproduceerd (we nemen een niet-geavanceerd proces als voorbeeld; de CMOS van een geavanceerd proces verschilt in structuur en productieprincipe).
Allereerst moet u weten dat de wafers die de gieterij van de leverancier ontvangt (siliciumwafelleverancier) worden één voor één geplaatst, met een straal van 200 mm (8 inchfabriek) of 300 mm (12 inchfabriek). Zoals in de onderstaande afbeelding te zien is, lijkt het eigenlijk op een grote taart, die we een substraat noemen.
Het is echter niet handig om het op deze manier te bekijken. We kijken van onder naar boven en bekijken de dwarsdoorsnede, wat resulteert in de volgende afbeelding.
Laten we vervolgens eens kijken hoe het CMOS-model eruitziet. Omdat het eigenlijke proces duizenden stappen omvat, zal ik hier de belangrijkste stappen van de eenvoudigste 8-inch wafer bespreken.
Het creëren van een put en een inversielaag:
Dat wil zeggen, de put wordt in het substraat geïmplanteerd door middel van ionenimplantatie (hierna aangeduid als imp). Om een NMOS te maken, moet je P-type putten implanteren. Om een PMOS te maken, moet je N-type putten implanteren. Laten we voor het gemak een NMOS als voorbeeld nemen. De ionenimplantatiemachine implanteert de te implanteren P-type elementen tot een bepaalde diepte in het substraat en verhit ze vervolgens tot een hoge temperatuur in de ovenbuis om deze ionen te activeren en te verspreiden. Hiermee is de productie van de put voltooid. Zo ziet het eruit nadat de productie is voltooid.
Na het maken van de putjes volgen er nog andere ionenimplantatiestappen, die tot doel hebben de grootte van de kanaalstroom en de drempelspanning te regelen. Dit wordt ook wel de inversielaag genoemd. Om een NMOS te maken, wordt de inversielaag geïmplanteerd met P-type ionen, en om een PMOS te maken, wordt de inversielaag geïmplanteerd met N-type ionen. Na de implantatie ziet het er als volgt uit.
Er is hier veel meer te vertellen over onderwerpen zoals energie, hoek, ionenconcentratie tijdens ionenimplantatie, enzovoort, die niet in dit nummer aan bod komen. Ik ben ervan overtuigd dat als je die dingen weet, je een insider bent en een manier hebt om ze te leren.
SiO2 maken:
Siliciumdioxide (SiO2, hierna oxide genoemd) wordt later aangebracht. In het CMOS-productieproces zijn er verschillende manieren om oxide te maken. Hier wordt SiO2 onder de gate gebruikt en de dikte ervan heeft direct invloed op de drempelspanning en de kanaalstroom. Daarom kiezen de meeste gieterijen voor de oxidatiemethode in een ovenbuis, die de hoogste kwaliteit, de meest nauwkeurige diktecontrole en de beste uniformiteit biedt in deze stap. In feite is het heel eenvoudig: in een ovenbuis met zuurstof wordt een hoge temperatuur gebruikt om zuurstof en silicium chemisch te laten reageren en SiO2 te vormen. Op deze manier wordt een dunne laag SiO2 op het oppervlak van Si gevormd, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Uiteraard is er ook veel specifieke informatie beschikbaar, zoals de benodigde temperatuur, de vereiste zuurstofconcentratie, de duur van de hoge temperatuur, enzovoort. Maar daar houden we ons nu niet mee bezig, die details zijn te specifiek.
Vorming van poorteindpoly:
Maar het is nog niet voorbij. SiO2 is slechts een draadje, en de eigenlijke gate (Poly) moet nog beginnen. Onze volgende stap is dus het aanbrengen van een laag polysilicium op SiO2 (polysilicium bestaat ook uit één siliciumelement, maar de roosterstructuur is anders. Vraag me niet waarom het substraat van enkelkristallijn silicium is gemaakt en de gate van polysilicium. Er is een boek over halfgeleiderfysica. Je kunt er meer over lezen. Het is gênant~). Poly is ook een cruciale schakel in CMOS, maar het bestanddeel van poly is Si, en dat kan niet worden gevormd door een directe reactie met een Si-substraat zoals bij de groei van SiO2. Hiervoor is de legendarische CVD (Chemical Vapor Deposition) nodig, waarbij een chemische reactie in een vacuüm plaatsvindt en het gevormde object op de wafer wordt afgezet. In dit voorbeeld is de gegenereerde stof polysilicium, dat vervolgens op de wafer neerslaat (hier moet ik vermelden dat polysilicium in een ovenbuis wordt gegenereerd door middel van CVD, dus de generatie van polysilicium gebeurt niet met een pure CVD-machine).
Het polysilicium dat met deze methode wordt gevormd, zal echter op de gehele wafer neerslaan, en na de neerslag ziet het er zo uit.
Blootstelling van Poly en SiO2:
In deze fase is de gewenste verticale structuur daadwerkelijk gevormd, met polycarbonaat aan de bovenkant, SiO2 aan de onderkant en het substraat aan de onderkant. Maar nu ziet de hele wafer er zo uit, en we hebben alleen nog een specifieke positie nodig voor de "kraan"-structuur. Dit is dus de meest cruciale stap in het hele proces: de belichting.
We brengen eerst een laag fotolak aan op het oppervlak van de wafer, en dan ziet het er zo uit.
Plaats vervolgens het gedefinieerde masker (het circuitpatroon is op het masker aangebracht) erop en bestraal het ten slotte met licht van een specifieke golflengte. De fotolak wordt geactiveerd in het bestraalde gebied. Omdat het gebied dat door het masker wordt afgedekt niet door de lichtbron wordt belicht, wordt dit deel van de fotolak niet geactiveerd.
Omdat de geactiveerde fotolak bijzonder gemakkelijk weg te spoelen is met een specifieke chemische vloeistof, terwijl de niet-geactiveerde fotolak niet weg te spoelen is, wordt na bestraling een specifieke vloeistof gebruikt om de geactiveerde fotolak weg te spoelen. Uiteindelijk wordt de fotolak op de plaatsen waar Poly en SiO2 moeten blijven, verwijderd, terwijl de fotolak op de plaatsen waar deze niet hoeft te blijven, wordt verwijderd.
Geplaatst op: 23 augustus 2024