Halvlederprosessflyt

Du kan forstå det selv om du aldri har studert fysikk eller matematikk, men det er litt for enkelt og egnet for nybegynnere. Hvis du vil vite mer om CMOS, må du lese innholdet i denne utgaven, for først etter å ha forstått prosessflyten (det vil si produksjonsprosessen til dioden) kan du fortsette å forstå følgende innhold. La oss deretter lære om hvordan denne CMOS-en produseres i støperibedriften i denne utgaven (med ikke-avanserte prosesser som et eksempel, er CMOS i avanserte prosesser annerledes i struktur og produksjonsprinsipp).

Først og fremst må du vite at waferene som støperiet får fra leverandøren (silisiumskiveleverandør) er én etter én, med en radius på 200 mm (8-tommersfabrikk) eller 300 mm (12-tommersfabrikk). Som vist på figuren nedenfor, ligner den faktisk på en stor kake, som vi kaller et substrat.

Det er imidlertid ikke praktisk for oss å se på det på denne måten. Vi ser nedenfra og opp og ser på tverrsnittet, som blir følgende figur.

La oss deretter se hvordan CMOS-modellen ser ut. Siden selve prosessen krever tusenvis av trinn, vil jeg snakke om hovedtrinnene til den enkleste 8-tommers waferen her.

 

 

Lage brønn og inversjonslag:

Det vil si at brønnen implanteres i substratet ved ionimplantasjon (ionimplantasjon, heretter referert til som imp). Hvis du vil lage NMOS, må du implantere P-type brønner. Hvis du vil lage PMOS, må du implantere N-type brønner. La oss for enkelhets skyld ta NMOS som et eksempel. Ionimplantasjonsmaskinen implanterer P-type elementene som skal implanteres i substratet til en bestemt dybde, og varmer dem deretter opp ved høy temperatur i ovnsrøret for å aktivere disse ionene og diffundere dem rundt. Dette fullfører produksjonen av brønnen. Slik ser det ut etter at produksjonen er fullført.

Etter at brønnen er laget, er det andre ionimplantasjonstrinn, som har som formål å kontrollere størrelsen på kanalstrømmen og terskelspenningen. Alle kan kalle det inversjonslaget. Hvis du vil lage NMOS, implanteres inversjonslaget med P-type ioner, og hvis du vil lage PMOS, implanteres inversjonslaget med N-type ioner. Etter implantasjonen er det følgende modell.

Det er mye innhold her, som energi, vinkel, ionekonsentrasjon under ioneimplantasjon osv., som ikke er inkludert i denne utgaven, og jeg tror at hvis du kan disse tingene, må du være en innsider, og du må ha en måte å lære dem på.

 

Lage SiO2:

Silisiumdioksid (SiO2, heretter referert til som oksid) vil bli laget senere. I CMOS-produksjonsprosessen finnes det mange måter å lage oksid på. Her brukes SiO2 under porten, og tykkelsen påvirker direkte størrelsen på terskelspenningen og størrelsen på kanalstrømmen. Derfor velger de fleste støperier ovnsrøroksidasjonsmetoden med høyest kvalitet, den mest presise tykkelseskontrollen og den beste ensartetheten på dette trinnet. Faktisk er det veldig enkelt, det vil si at i et ovnsrør med oksygen brukes høy temperatur for å la oksygen og silisium reagere kjemisk for å generere SiO2. På denne måten genereres et tynt lag med SiO2 på overflaten av Si, som vist på figuren nedenfor.

Selvfølgelig er det også mye spesifikk informasjon her, for eksempel hvor mange grader som trengs, hvor mye oksygenkonsentrasjon som trengs, hvor lenge den høye temperaturen er nødvendig, osv. Dette er ikke det vi vurderer nå, de er for spesifikke.

Dannelse av gate-enden Poly:

Men det er ikke over ennå. SiO2 tilsvarer bare en tråd, og den virkelige porten (Poly) har ikke startet ennå. Så vårt neste steg er å legge et lag med polysilisium på SiO2 (polysilisium er også sammensatt av et enkelt silisiumelement, men gitterarrangementet er annerledes. Ikke spør meg hvorfor substratet bruker enkrystallsilisium og porten bruker polysilisium. Det finnes en bok som heter Semiconductor Physics. Du kan lære om det. Det er pinlig~). Poly er også en veldig kritisk kobling i CMOS, men komponenten i poly er Si, og den kan ikke genereres ved direkte reaksjon med Si-substrat slik som dyrking av SiO2. Dette krever den legendariske CVD (Chemical Vapor Deposition), som er å reagere kjemisk i vakuum og utfelle det genererte objektet på waferen. I dette eksemplet er det genererte stoffet polysilisium, og deretter utfelles på waferen (her må jeg si at poly genereres i et ovnsrør ved CVD, så genereringen av poly gjøres ikke av en ren CVD-maskin).

Men polysilisiumet som dannes med denne metoden vil bli utfelt på hele waferen, og det ser slik ut etter utfelling.

 

Eksponering av Poly og SiO2:

På dette trinnet har den vertikale strukturen vi ønsker faktisk blitt dannet, med poly på toppen, SiO2 på bunnen og substratet på bunnen. Men nå er hele waferen slik, og vi trenger bare en spesifikk posisjon for å være "kran"-strukturen. Så det er det viktigste trinnet i hele prosessen - eksponering.
Vi smører først et lag med fotoresist på overflaten av waferen, og det blir slik.

Deretter plasserer du den definerte masken (kretsmønsteret er definert på masken) på den, og til slutt bestråler du den med lys med en bestemt bølgelengde. Fotoresisten vil bli aktivert i det bestrålte området. Siden området som blokkeres av masken ikke er opplyst av lyskilden, aktiveres ikke denne fotoresisten.

Siden den aktiverte fotoresisten er spesielt lett å vaske bort av en spesifikk kjemisk væske, mens den uaktiverte fotoresisten ikke kan vaskes bort, brukes en spesifikk væske etter bestråling til å vaske bort den aktiverte fotoresisten. Til slutt blir den slik, slik at fotoresisten blir igjen der Poly og SiO2 må beholdes, og fotoresisten fjernes der den ikke trenger å beholdes.