Polprevodniški procesni tok

Razumete ga lahko, tudi če se niste nikoli učili fizike ali matematike, vendar je nekoliko preveč preprost in primeren za začetnike. Če želite izvedeti več o CMOS-u, morate prebrati vsebino te številke, saj šele po razumevanju poteka procesa (torej proizvodnega procesa diode) lahko nadaljujete z razumevanjem naslednje vsebine. Nato si v tej številki poglejmo, kako se ta CMOS proizvaja v livarni (če vzamemo za primer nenapredni postopek, se CMOS z naprednim postopkom razlikuje po strukturi in principu proizvodnje).

Najprej morate vedeti, da so rezine, ki jih livarna dobi od dobavitelja (silicijeva rezinadobavitelj) so eden za drugim, s polmerom 200 mm (8-palčnitovarniško) ali 300 mm (12-palčnitovarna). Kot je prikazano na spodnji sliki, je pravzaprav podoben veliki torti, ki ji pravimo substrat.

Vendar nam ni priročno, da na to gledamo na ta način. Gledamo od spodaj navzgor in si ogledamo prečni prerez, ki postane naslednja slika.

Nato si poglejmo, kako izgleda model CMOS. Ker dejanski postopek zahteva na tisoče korakov, bom tukaj govoril o glavnih korakih najpreprostejše 8-palčne rezine.

 

 

Izdelava vodnjaka in inverzijske plasti:

To pomeni, da se v substrat vsadi vgradnja vgradne jaške z ionsko implantacijo (ionska implantacija, v nadaljevanju imp). Če želite izdelati NMOS tranzistorje, morate vsaditi vgradne jaške tipa P. Če želite izdelati PMOS tranzistorje, morate vsaditi vgradne jaške tipa N. Za lažjo uporabo si za primer oglejmo NMOS tranzistorje. Stroj za ionsko implantacijo vsadi elemente tipa P, ki jih je treba vsaditi, v substrat do določene globine in jih nato segreje pri visoki temperaturi v cevi peči, da aktivira te ione in jih razprši naokoli. S tem je izdelava vgradne jaške zaključena. Takole izgleda, ko je proizvodnja končana.

Po izdelavi vodnjaka sledijo še drugi koraki ionske implantacije, katerih namen je nadzorovati velikost toka kanala in pragovne napetosti. Vsakdo lahko to imenuje inverzijska plast. Če želite izdelati NMOS, se inverzijska plast vsadi z ioni tipa P, če želite izdelati PMOS, pa se inverzijska plast vsadi z ioni tipa N. Po implantaciji je to naslednji model.

Tukaj je veliko vsebin, kot so energija, kot, koncentracija ionov med implantacijo ionov itd., ki niso vključene v to številko, in verjamem, da če te stvari poznate, morate biti notranji strokovnjak in morate imeti način, da se jih naučite.

 

Izdelava SiO2:

Silicijev dioksid (SiO2, v nadaljevanju oksid) bo izdelan kasneje. V proizvodnem procesu CMOS obstaja veliko načinov za izdelavo oksida. Tukaj se SiO2 uporablja pod vrati, njegova debelina pa neposredno vpliva na velikost praga napetosti in velikost toka kanala. Zato večina livarn izbere metodo oksidacije cevi peči, ki zagotavlja najvišjo kakovost, najbolj natančen nadzor debeline in najboljšo enakomernost v tej fazi. Pravzaprav je zelo preprosto, to je, da se v cevi peči s kisikom uporablja visoka temperatura, da se kisik in silicij kemično reagirata, da nastane SiO2. Na ta način se na površini Si ustvari tanka plast SiO2, kot je prikazano na spodnji sliki.

Seveda je tukaj tudi veliko specifičnih informacij, kot so koliko stopinj je potrebnih, kolikšna koncentracija kisika je potrebna, kako dolgo je potrebna visoka temperatura itd. To ni tisto, kar zdaj obravnavamo, to je preveč specifično.

Oblikovanje polia na koncu vrat:

Vendar še ni konec. SiO2 je le enakovreden niti, pravi vhod (poli) pa se še ni začel. Torej je naš naslednji korak, da na SiO2 nanesemo plast polisilicija (polisilicij je prav tako sestavljen iz enega samega silicijevega elementa, vendar je razporeditev mreže drugačna. Ne sprašujte me, zakaj substrat uporablja monokristalni silicij, vhod pa polisilicij. Obstaja knjiga z naslovom Fizika polprevodnikov. Lahko se o tem poučite. To je nerodno~). Poli je tudi zelo kritična povezava v CMOS-u, vendar je komponenta poli Si in ga ni mogoče ustvariti z neposredno reakcijo s Si substratom, kot je rast SiO2. To zahteva legendarni CVD (kemično nanašanje s paro), pri katerem pride do kemične reakcije v vakuumu in oboritve ustvarjenega predmeta na rezino. V tem primeru je ustvarjena snov polisilicij, ki se nato obori na rezino (tukaj moram povedati, da se poli ustvari v pečnici s CVD, zato ustvarjanje poli ne poteka s čistim CVD strojem).

Toda polisilicij, ki nastane s to metodo, se bo oboril na celotni rezini in po oboritvi je videti takole.

 

Izpostavljenost poli in SiO2:

V tem koraku je že oblikovana želena vertikalna struktura, s poli na vrhu, SiO2 na dnu in substratom na dnu. Zdaj pa je celotna rezina takšna in potrebujemo le še določen položaj, ki bo služil kot struktura "pipe". Torej je tu še najpomembnejši korak v celotnem procesu – osvetlitev.
Najprej na površino rezine nanesemo plast fotorezista in postane takšna.

Nato nanjo namestite definirano masko (vzorec vezja je definiran na maski) in jo na koncu obsejte s svetlobo določene valovne dolžine. Fotorezist se bo aktiviral na obsevanem območju. Ker območje, ki ga blokira maska, ni osvetljeno z virom svetlobe, se ta del fotorezista ne aktivira.

Ker aktivirani fotorezist še posebej enostavno spere določena kemična tekočina, medtem ko neaktiviranega fotorezista ni mogoče sprati, se po obsevanju uporabi posebna tekočina za spiranje aktiviranega fotorezista, in končno postane takole: fotorezist ostane tam, kjer je treba zadržati Poly in SiO2, fotorezist pa se odstrani tam, kjer ga ni treba zadržati.