Przepływ procesu półprzewodnikowego

Możesz to zrozumieć, nawet jeśli nigdy nie studiowałeś fizyki ani matematyki, ale jest to trochę zbyt proste i odpowiednie dla początkujących. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o CMOS, musisz przeczytać treść tego wydania, ponieważ dopiero po zrozumieniu przepływu procesu (czyli procesu produkcji diody) możesz kontynuować rozumienie następującej treści. Następnie dowiedzmy się, jak ten CMOS jest produkowany w firmie odlewniczej w tym wydaniu (biorąc za przykład proces niezaawansowany, CMOS procesu zaawansowanego różni się strukturą i zasadą produkcji).

Przede wszystkim należy wiedzieć, że wafle, które odlewnia otrzymuje od dostawcy (płytka krzemowadostawcy) są wysyłane pojedynczo, o promieniu 200 mm (8 califabryczna) lub 300mm (12 cali(fabryka). Jak pokazano na poniższym rysunku, jest to w rzeczywistości podobne do dużego ciasta, które nazywamy podłożem.

Jednak nie jest nam wygodnie patrzeć na to w ten sposób. Patrzymy od dołu do góry i patrzymy na widok przekroju, który staje się następującym rysunkiem.

Następnie zobaczmy, jak wygląda model CMOS. Ponieważ sam proces wymaga tysięcy kroków, omówię tutaj główne kroki najprostszego 8-calowego wafla.

 

 

Tworzenie studni i warstwy inwersyjnej:

Oznacza to, że studnia jest implantowana do podłoża poprzez implantację jonów (Implantacja Jonowa, zwana dalej imp). Jeśli chcesz wykonać NMOS, musisz wszczepić studnie typu P. Jeśli chcesz wykonać PMOS, musisz wszczepić studnie typu N. Dla wygody weźmy za przykład NMOS. Maszyna do implantacji jonów wszczepia elementy typu P, które mają zostać wszczepione do podłoża na określoną głębokość, a następnie podgrzewa je w wysokiej temperaturze w rurze pieca, aby aktywować te jony i rozproszyć je dookoła. W ten sposób kończy się produkcja studni. Tak to wygląda po zakończeniu produkcji.

Po wykonaniu odwiertu, są inne etapy implantacji jonów, których celem jest kontrolowanie wielkości prądu kanału i napięcia progowego. Każdy może to nazwać warstwą inwersyjną. Jeśli chcesz wykonać NMOS, warstwa inwersyjna jest implantowana jonami typu P, a jeśli chcesz wykonać PMOS, warstwa inwersyjna jest implantowana jonami typu N. Po implantacji jest to następujący model.

Jest tu wiele treści, takich jak energia, kąt, stężenie jonów podczas implantacji jonów itd., które nie zostały uwzględnione w tym wydaniu. Uważam, że jeśli wiesz te rzeczy, musisz być wtajemniczony i musisz mieć sposób, aby się ich nauczyć.

 

Produkcja SiO2:

Dwutlenek krzemu (SiO2, zwany dalej tlenkiem) zostanie wytworzony później. W procesie produkcji CMOS istnieje wiele sposobów wytwarzania tlenku. Tutaj SiO2 jest używany pod bramką, a jego grubość bezpośrednio wpływa na wielkość napięcia progowego i wielkość prądu kanału. Dlatego większość odlewni wybiera metodę utleniania rur pieca o najwyższej jakości, najdokładniejszej kontroli grubości i najlepszej jednorodności na tym etapie. W rzeczywistości jest to bardzo proste, to znaczy w rurze pieca z tlenem stosuje się wysoką temperaturę, aby umożliwić tlenowi i krzemowi reakcję chemiczną w celu wytworzenia SiO2. W ten sposób na powierzchni Si powstaje cienka warstwa SiO2, jak pokazano na poniższym rysunku.

Oczywiście jest tu też sporo szczegółowych informacji, np. ile stopni jest potrzebnych, jakie stężenie tlenu jest potrzebne, jak długo ma trwać wysoka temperatura itd. Nie o tym teraz myślimy, są zbyt szczegółowe.

Formacja bramki końcowej Poly:

Ale to jeszcze nie koniec. SiO2 jest po prostu odpowiednikiem nici, a prawdziwa bramka (Poly) jeszcze się nie zaczęła. Więc naszym następnym krokiem jest nałożenie warstwy polikrzemu na SiO2 (polikrzem również składa się z pojedynczego elementu krzemu, ale układ sieci jest inny. Nie pytaj mnie, dlaczego podłoże wykorzystuje krzem monokrystaliczny, a bramka wykorzystuje polikrzem. Jest książka zatytułowana Semiconductor Physics. Możesz się o tym dowiedzieć. To żenujące~). Poli jest również bardzo krytycznym ogniwem w CMOS, ale składnikiem poli jest Si i nie można go wytworzyć przez bezpośrednią reakcję z podłożem Si, jak w przypadku hodowania SiO2. Wymaga to legendarnego CVD (chemicznego osadzania z fazy gazowej), które polega na reakcji chemicznej w próżni i wytrącaniu wygenerowanego obiektu na waflu. W tym przykładzie wytworzoną substancją jest polikrzem, który następnie wytrąca się na płytce (tutaj muszę zaznaczyć, że polikrystaliczny materiał powstaje w piecu rurowym metodą CVD, a zatem wytwarzanie polikrystalicznego materiału nie odbywa się na czystej maszynie CVD).

Jednak polikrzem powstały tą metodą wytrąci się na całej powierzchni płytki, a po wytrąceniu będzie wyglądał tak.

 

Ekspozycja na Poli i SiO2:

Na tym etapie pionowa struktura, której chcemy, została już uformowana, z poli na górze, SiO2 na dole i podłożem na dole. Ale teraz cały wafer wygląda tak i potrzebujemy tylko określonej pozycji, aby stać się strukturą „kranu”. Jest więc najbardziej krytyczny krok w całym procesie - ekspozycja.
Najpierw nakładamy warstwę fotorezystu na powierzchnię płytki i wygląda ona tak.

Następnie nałóż na nią zdefiniowaną maskę (wzór obwodu został zdefiniowany na masce), a na koniec naświetl ją światłem o określonej długości fali. Fotorezyst zostanie aktywowany w naświetlanym obszarze. Ponieważ obszar zablokowany przez maskę nie jest oświetlony przez źródło światła, ten fragment fotorezystu nie jest aktywowany.

Ponieważ aktywowany fotorezyst jest szczególnie łatwy do zmycia za pomocą specjalnego płynu chemicznego, podczas gdy nieaktywowanego fotorezystu nie można zmyć, po napromieniowaniu stosuje się specjalny płyn, który zmywa aktywowany fotorezyst, a ostatecznie powstaje taka sytuacja, w której fotorezyst pozostaje tam, gdzie Poly i SiO2 muszą zostać zatrzymane, a fotorezyst zostaje usunięty tam, gdzie nie musi być zatrzymany.