Você pode entender mesmo que nunca tenha estudado física ou matemática, mas é um pouco simples demais e adequado para iniciantes. Se quiser saber mais sobre CMOS, você precisa ler o conteúdo desta edição, pois somente após entender o fluxo do processo (ou seja, o processo de produção do diodo) você poderá prosseguir com a compreensão do conteúdo a seguir. Então, vamos aprender sobre como o CMOS é produzido na fundição nesta edição (tomando como exemplo o processo não avançado; o CMOS de processo avançado é diferente em estrutura e princípio de produção).
Em primeiro lugar, você deve saber que os wafers que a fundição recebe do fornecedor (pastilha de silíciofornecedor) são um por um, com um raio de 200 mm (8 polegadasfábrica) ou 300 mm (12 polegadasfábrica). Como mostra a figura abaixo, na verdade é semelhante a um grande bolo, que chamamos de substrato.
No entanto, não é conveniente para nós analisarmos dessa forma. Vamos olhar de baixo para cima e observar a vista em corte transversal, que se torna a figura a seguir.
Em seguida, vejamos como o modelo CMOS se apresenta. Como o processo real envolve milhares de etapas, abordarei aqui as principais etapas do wafer de 8 polegadas mais simples.
Criação de um poço e camada de inversão:
Ou seja, o poço quântico é implantado no substrato por implantação iônica (Implantação Iônica, doravante denominada imp). Para fabricar NMOS, é necessário implantar poços do tipo P. Para fabricar PMOS, é necessário implantar poços do tipo N. Para facilitar a compreensão, vamos usar o NMOS como exemplo. A máquina de implantação iônica implanta os elementos do tipo P no substrato até uma profundidade específica e, em seguida, os aquece a alta temperatura em um tubo de forno para ativar os íons e difundi-los. Isso completa a produção do poço quântico. Veja como fica após a conclusão do processo.
Após a criação do poço quântico, seguem-se outras etapas de implantação iônica, cujo objetivo é controlar a intensidade da corrente do canal e a tensão de limiar. Essa etapa pode ser chamada de camada de inversão. Para fabricar um NMOS, a camada de inversão é implantada com íons do tipo P; para fabricar um PMOS, a camada de inversão é implantada com íons do tipo N. Após a implantação, o circuito fica com a seguinte aparência.
Há muitos outros conteúdos aqui, como energia, ângulo, concentração iônica durante a implantação iônica, etc., que não estão incluídos nesta edição, e acredito que, se você conhece esses detalhes, deve ser um especialista na área e ter um meio de aprendê-los.
Produção de SiO2:
O dióxido de silício (SiO2, doravante denominado óxido) será produzido posteriormente. No processo de fabricação de CMOS, existem muitas maneiras de produzir óxido. Aqui, o SiO2 é usado sob o gate, e sua espessura afeta diretamente o valor da tensão de limiar e a corrente do canal. Portanto, a maioria das fundições opta pelo método de oxidação em forno tubular, que oferece a mais alta qualidade, o controle de espessura mais preciso e a melhor uniformidade nesta etapa. Na verdade, é muito simples: em um forno tubular com oxigênio, utiliza-se alta temperatura para permitir que o oxigênio reaja quimicamente com o silício, gerando SiO2. Dessa forma, uma fina camada de SiO2 é gerada na superfície do Si, como mostrado na figura abaixo.
É claro que também existem muitas informações específicas aqui, como quantos graus são necessários, qual a concentração de oxigênio necessária, por quanto tempo a alta temperatura é necessária, etc. Não é isso que estamos considerando agora, são detalhes muito específicos.
Formação da extremidade do portão Poli:
Mas ainda não acabou. O SiO2 é apenas equivalente a um fio, e o verdadeiro gate (polisilício) ainda não começou. Portanto, nosso próximo passo é depositar uma camada de polisilício sobre o SiO2 (o polisilício também é composto de um único elemento de silício, mas o arranjo da rede cristalina é diferente. Não me pergunte por que o substrato usa silício monocristalino e o gate usa polisilício. Existe um livro chamado Física de Semicondutores. Você pode aprender sobre isso. É constrangedor~). O polisilício também é um elo muito importante no CMOS, mas o componente do polisilício é o silício, e ele não pode ser gerado por reação direta com o substrato de silício como o crescimento de SiO2. Isso requer o lendário CVD (Deposição Química de Vapor), que consiste em reagir quimicamente no vácuo e precipitar o objeto gerado sobre o wafer. Neste exemplo, a substância gerada é o polisilício, que é então precipitado sobre o wafer (aqui devo dizer que o polisilício é gerado em um tubo de forno por CVD, portanto, a geração de polisilício não é feita por uma máquina CVD pura).
Mas o polissilício formado por este método será precipitado em toda a pastilha, e fica assim após a precipitação.
Exposição de polissulfito de sódio (SiO2):
Nesta etapa, a estrutura vertical desejada já foi formada, com o polissilício na parte superior, o SiO2 na parte inferior e o substrato na parte inferior. Mas agora todo o wafer está assim, e precisamos apenas de uma posição específica para formar a estrutura da "torneira". Portanto, chegamos à etapa mais crítica de todo o processo: a exposição.
Primeiro, espalhamos uma camada de fotorresina na superfície do wafer, e ela fica assim.
Em seguida, coloque a máscara definida (o padrão do circuito foi definido na máscara) sobre ela e, finalmente, irradie-a com luz de um comprimento de onda específico. O fotorresiste será ativado na área irradiada. Como a área bloqueada pela máscara não é iluminada pela fonte de luz, essa parte do fotorresiste não é ativada.
Como a fotorresistência ativada é particularmente fácil de ser removida por um líquido químico específico, enquanto a fotorresistência não ativada não pode ser removida, após a irradiação, um líquido específico é usado para remover a fotorresistência ativada, resultando em um resultado final como este, deixando a fotorresistência onde o polissulfeto e o óxido de silício precisam ser retidos e removendo a fotorresistência onde ela não precisa ser retida.
Data da publicação: 23/08/2024