Tok polovodičového procesu

Pochopíte to, aj keď ste nikdy neštudovali fyziku ani matematiku, ale je to trochu príliš jednoduché a vhodné pre začiatočníkov. Ak sa chcete dozvedieť viac o CMOS, musíte si prečítať obsah tohto čísla, pretože až po pochopení postupu procesu (t. j. výrobného procesu diódy) môžete pokračovať v chápaní nasledujúceho obsahu. Potom sa v tomto čísle dozvieme, ako sa tento CMOS vyrába v zlievarni (ako príklad vezmime CMOS s pokročilým procesom, ktorý sa líši štruktúrou a výrobným princípom).

V prvom rade musíte vedieť, že doštičky, ktoré zlievareň dostáva od dodávateľa (kremíková doštičkadodávateľ) sú jeden po druhom, s polomerom 200 mm (8-palcovýtováreň) alebo 300 mm (12-palcovýtováreň). Ako je znázornené na obrázku nižšie, je to v skutočnosti podobné veľkému koláču, ktorý nazývame substrát.

Nie je však pre nás pohodlné pozerať sa na to takto. Pozeráme sa zdola nahor a pozrieme sa na prierez, ktorý sa stane nasledujúcim obrázkom.

Ďalej sa pozrime, ako vyzerá model CMOS. Keďže samotný proces vyžaduje tisíce krokov, budem tu hovoriť o hlavných krokoch najjednoduchšieho 8-palcového waferu.

 

 

Vytvorenie studne a inverznej vrstvy:

To znamená, že jamka sa implantuje do substrátu pomocou iónovej implantácie (iónová implantácia, ďalej len imp). Ak chcete vyrobiť NMOS tranzistory, musíte implantovať prvky typu P. Ak chcete vyrobiť PMOS tranzistory, musíte implantovať prvky typu N. Pre vaše pohodlie si ako príklad vezmime NMOS tranzistory. Stroj na iónovú implantáciu implantuje prvky typu P, ktoré sa majú implantovať, do substrátu do určitej hĺbky a potom ich zahrieva na vysokú teplotu v rúrke pece, aby aktivoval tieto ióny a rozptýlil ich. Týmto sa dokončí výroba jamky. Takto vyzerá po dokončení výroby.

Po vytvorení jamky nasledujú ďalšie kroky implantácie iónov, ktorých účelom je regulovať veľkosť prúdu kanála a prahového napätia. Môžeme to nazvať inverznou vrstvou. Ak chcete vytvoriť NMOS, inverzná vrstva sa implantuje s iónmi typu P a ak chcete vytvoriť PMOS, inverzná vrstva sa implantuje s iónmi typu N. Po implantácii je to nasledujúci model.

Je tu veľa informácií, ako napríklad energia, uhol, koncentrácia iónov počas implantácie iónov atď., ktoré nie sú zahrnuté v tomto čísle, a myslím si, že ak tieto veci poznáte, musíte byť zasvätený a musíte mať spôsob, ako sa ich naučiť.

 

Výroba SiO2:

Oxid kremičitý (SiO2, ďalej len oxid) sa bude vyrábať neskôr. V procese výroby CMOS existuje mnoho spôsobov výroby oxidu. Tu sa SiO2 používa pod hradlom a jeho hrúbka priamo ovplyvňuje veľkosť prahového napätia a veľkosť prúdu kanála. Preto väčšina zlievarní volí metódu oxidácie rúrok pece s najvyššou kvalitou, najpresnejšou kontrolou hrúbky a najlepšou rovnomernosťou v tomto kroku. V skutočnosti je to veľmi jednoduché, to znamená, že v rúrke pece s kyslíkom sa používa vysoká teplota, aby sa umožnila chemická reakcia kyslíka a kremíka za vzniku SiO2. Týmto spôsobom sa na povrchu Si vytvorí tenká vrstva SiO2, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Samozrejme, je tu aj veľa špecifických informácií, ako napríklad koľko stupňov je potrebných, aká vysoká koncentrácia kyslíka je potrebná, ako dlho je potrebná vysoká teplota atď. Toto teraz neuvažujeme, tie sú príliš špecifické.

Tvorba polyméru na konci brány:

Ale ešte to nie je koniec. SiO2 je len ekvivalent vlákna a skutočná brána (Poly) ešte nezačala. Takže naším ďalším krokom je naniesť vrstvu polysilikónu na SiO2 (polysilikón sa tiež skladá z jedného kremíkového prvku, ale mriežkové usporiadanie je iné. Nepýtajte sa ma, prečo substrát používa monokryštálový kremík a brána polysilikón. Existuje kniha s názvom Fyzika polovodičov. Môžete sa o nej dozvedieť viac. Je to trápne~). Poly je tiež veľmi dôležitým článkom v CMOS, ale zložkou poly je Si a nedá sa generovať priamou reakciou s Si substrátom, ako je to pri pestovaní SiO2. To si vyžaduje legendárne CVD (chemické nanášanie z pár), ktoré spočíva v chemickej reakcii vo vákuu a vyzrážaní generovaného objektu na doštičke. V tomto príklade je generovanou látkou polysilikón, ktorý sa potom vyzráža na doštičke (tu musím povedať, že poly sa generuje v peci pomocou CVD, takže generovanie poly sa nevykonáva čisto CVD strojom).

Polysilikón vytvorený touto metódou sa však vyzráža na celom plátku a po vyzrážaní vyzerá takto.

 

Expozícia Poly a SiO2:

V tomto kroku je už požadovaná vertikálna štruktúra vytvorená, s polymérom navrchu, SiO2 naspodku a substrátom naspodku. Teraz je však celý wafer takto usporiadaný a potrebujeme už len špecifickú polohu, ktorá bude slúžiť ako „kohútik“. Takže ostáva najdôležitejší krok v celom procese – expozícia.
Najprv nanesieme vrstvu fotorezistu na povrch doštičky a vyzerá to takto.

Potom na ňu nasaďte definovanú masku (vzor obvodu je definovaný na maske) a nakoniec ju ožiarejte svetlom so špecifickou vlnovou dĺžkou. Fotorezist sa v ožiarenej oblasti aktivuje. Keďže oblasť blokovaná maskou nie je osvetlená svetelným zdrojom, tento kus fotorezistu sa neaktivuje.

Keďže aktivovaný fotorezist sa dá obzvlášť ľahko zmyť špecifickou chemickou kvapalinou, zatiaľ čo neaktivovaný fotorezist sa zmyť nedá, po ožiarení sa na jeho odstránenie použije špecifická kvapalina, ktorá ho nakoniec zmyje, pričom fotorezist zostane tam, kde je potrebné zadržať polyetylén a silikón (SiO2), a fotorezist sa odstráni tam, kde ho zadržať nie je potrebné.