Halfgeleiderprocesstroom

Je kunt het begrijpen, zelfs als je nooit natuurkunde of wiskunde hebt gestudeerd, maar het is iets te simpel en geschikt voor beginners. Wil je meer weten over CMOS? Lees dan de inhoud van dit nummer, want pas nadat je de processtroom (dat wil zeggen het productieproces van de diode) hebt begrepen, kun je de volgende inhoud verder begrijpen. Laten we vervolgens in dit nummer leren hoe deze CMOS in de gieterij wordt geproduceerd (neem het niet-geavanceerde proces als voorbeeld; de CMOS van het geavanceerde proces verschilt qua structuur en productieprincipe).

Allereerst moet u weten dat de wafers die de gieterij van de leverancier krijgt (siliciumwaferleverancier) zijn één voor één, met een straal van 200 mm (8 inchfabriek) of 300mm (12 inch(fabriek). Zoals u in de onderstaande afbeelding kunt zien, lijkt het eigenlijk op een grote taart, die we een substraat noemen.

Het is echter niet handig om het zo te bekijken. We kijken van onder naar boven en bekijken de dwarsdoorsnede, die de volgende figuur oplevert.

Laten we nu eens kijken hoe het CMOS-model eruitziet. Omdat het proces zelf duizenden stappen omvat, bespreek ik hier de belangrijkste stappen voor de eenvoudigste 8-inch wafer.

 

 

Het maken van een putje en een inversielaag:

Dat wil zeggen dat de put in het substraat wordt geïmplanteerd door middel van ionenimplantatie (ionenimplantatie, hierna imp genoemd). Als u NMOS wilt maken, moet u P-type putten implanteren. Als u PMOS wilt maken, moet u N-type putten implanteren. Laten we voor het gemak NMOS als voorbeeld nemen. De ionenimplantatiemachine implanteert de te implanteren P-type elementen tot een specifieke diepte in het substraat en verhit ze vervolgens tot hoge temperatuur in de ovenbuis om deze ionen te activeren en te diffunderen. Hiermee is de productie van de put voltooid. Zo ziet het eruit na voltooiing van de productie.

Na het maken van de put volgen nog andere stappen voor ionenimplantatie, met als doel de grootte van de kanaalstroom en de drempelspanning te regelen. Iedereen kan dit de inversielaag noemen. Als je NMOS wilt maken, wordt de inversielaag geïmplanteerd met P-type ionen, en als je PMOS wilt maken, wordt de inversielaag geïmplanteerd met N-type ionen. Na implantatie is het het volgende model.

Er staat hier veel informatie, zoals over energie, hoek, ionenconcentratie tijdens ionenimplantatie, etc., die niet in dit nummer zijn opgenomen. Ik denk dat als je die dingen weet, je een insider moet zijn en dat je een manier moet hebben om ze te leren.

 

SiO2 maken:

Siliciumdioxide (SiO2, hierna oxide genoemd) zal later worden geproduceerd. In het CMOS-productieproces zijn er vele manieren om oxide te produceren. Hierbij wordt SiO2 onder de gate gebruikt, en de dikte ervan beïnvloedt direct de hoogte van de drempelspanning en de grootte van de kanaalstroom. Daarom kiezen de meeste gieterijen voor de ovenbuisoxidatiemethode met de hoogste kwaliteit, de meest nauwkeurige diktecontrole en de beste uniformiteit 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 om SiO2 te genereren. Op deze manier wordt een dunne laag SiO2 op het oppervlak van Si gegenereerd, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Natuurlijk is er ook veel specifieke informatie, zoals hoeveel graden er nodig zijn, welke concentratie zuurstof er nodig is, hoe lang de hoge temperatuur nodig is, etc. Daar gaan we nu niet over nadenken, dat is te specifiek.

Vorming van poort-eind Poly:

Maar het is nog niet voorbij. SiO2 is slechts equivalent aan een thread, en de echte gate (Poly) is nog niet begonnen. Dus onze volgende stap is om een ​​laag polysilicium op SiO2 te leggen (polysilicium bestaat ook uit één enkel siliciumelement, maar de roosterstructuur is anders. Vraag me niet waarom het substraat monokristallijn silicium gebruikt en de gate polysilicium. Er is een boek genaamd Semiconductor Physics. Je kunt er meer over leren. Het is gênant~). Poly is ook een zeer cruciale schakel in CMOS, maar de component van poly is Si, en dat kan niet worden gegenereerd door een directe reactie met Si-substraat zoals SiO2. Dit vereist de legendarische CVD (Chemical Vapor Deposition), waarbij een chemische reactie in een vacuüm plaatsvindt en het gegenereerde object op de wafer neerslaat. In dit voorbeeld is de gegenereerde substantie polysilicium, dat vervolgens op de wafer wordt neergeslagen (hierbij moet ik wel zeggen dat poly in een ovenbuis wordt gegenereerd door middel van CVD, de generatie van poly wordt dus niet door een zuivere CVD-machine gedaan).

Het polysilicium dat door deze methode wordt gevormd, slaat neer op de hele wafer en na neerslag ziet het er zo uit.

 

Blootstelling van Poly en SiO2:

In deze stap is de gewenste verticale structuur feitelijk gevormd, met poly bovenop, SiO2 onderaan en het substraat onderaan. Maar nu ziet de hele wafer er zo uit, en hebben we alleen nog een specifieke positie nodig om de "kraan"-structuur te vormen. Dit is dus de meest cruciale stap in het hele proces: de belichting.
Eerst smeren we een laag fotoresist op het oppervlak van de wafer, en dan ziet het er zo uit.

Plaats vervolgens het gedefinieerde masker (het circuitpatroon is op het masker gedefinieerd) erop en bestraal het ten slotte met licht van een specifieke golflengte. De fotoresist wordt geactiveerd in het bestraalde gebied. Omdat het door het masker geblokkeerde gebied niet door de lichtbron wordt belicht, wordt dit stukje fotoresist niet geactiveerd.

Omdat de geactiveerde fotoresist bijzonder gemakkelijk kan worden weggespoeld met een specifieke chemische vloeistof, terwijl de niet-geactiveerde fotoresist niet kan worden weggespoeld, wordt na bestraling een specifieke vloeistof gebruikt om de geactiveerde fotoresist weg te spoelen, en uiteindelijk ziet het eruit als dit. Zo blijft de fotoresist over waar Poly en SiO2 moeten worden vastgehouden, en wordt de fotoresist verwijderd waar dat niet nodig is.