Halvledarprocessflöde

Du kan förstå det även om du aldrig har studerat fysik eller matematik, men det är lite för enkelt och lämpligt för nybörjare. Om du vill veta mer om CMOS måste du läsa innehållet i det här numret, för först efter att ha förstått processflödet (det vill säga produktionsprocessen för dioden) kan du fortsätta förstå följande innehåll. Låt oss sedan lära oss om hur denna CMOS produceras i gjuteriföretaget i det här numret (om vi tar icke-avancerade processer som exempel, skiljer sig CMOS i avancerade processer i struktur och produktionsprincip).

Först och främst måste du veta att de wafers som gjuteriet får från leverantören (kiselskivaleverantör) är en och en, med en radie på 200 mm (8-tumsfabrik) eller 300 mm (12-tumsSom visas i figuren nedan liknar den faktiskt en stor kaka, som vi kallar ett substrat.

Det är dock inte bekvämt för oss att se på det på det här sättet. Vi tittar nerifrån och upp och tittar på tvärsnittsvyn, vilket blir följande figur.

Nu ska vi se hur CMOS-modellen ser ut. Eftersom själva processen kräver tusentals steg kommer jag att prata om huvudstegen för den enklaste 8-tums wafern här.

 

 

Att skapa brunn och inversionslager:

Det vill säga att brunnen implanteras i substratet genom jonimplantation (jonimplantation, nedan kallad imp). Om du vill tillverka NMOS behöver du implantera P-typbrunnar. Om du vill tillverka PMOS behöver du implantera N-typbrunnar. För enkelhetens skull kan vi ta NMOS som exempel. Jonimplantationsmaskinen implanterar de P-typelement som ska implanteras i substratet till ett specifikt djup och värmer sedan upp dem vid hög temperatur i ugnsröret för att aktivera dessa joner och diffundera dem runt. Detta slutför produktionen av brunnen. Så här ser det ut efter att produktionen är klar.

Efter att brunnen har tillverkats finns det andra jonimplantationssteg, vars syfte är att kontrollera storleken på kanalströmmen och tröskelspänningen. Alla kan kalla det inversionslagret. Om man vill tillverka NMOS implanteras inversionslagret med P-typjoner, och om man vill tillverka PMOS implanteras inversionslagret med N-typjoner. Efter implantationen är det följande modell.

Det finns mycket innehåll här, såsom energi, vinkel, jonkoncentration under jonimplantation etc., som inte tas med i det här numret, och jag tror att om du vet de sakerna måste du vara insider och ha ett sätt att lära dig dem.

 

Tillverkning av SiO2:

Kiseldioxid (SiO2, nedan kallad oxid) kommer att tillverkas senare. I CMOS-produktionsprocessen finns det många sätt att tillverka oxid. Här används SiO2 under grinden, och dess tjocklek påverkar direkt storleken på tröskelspänningen och storleken på kanalströmmen. Därför väljer de flesta gjuterier den metod för oxidation av ugnsröret som har högsta kvalitet, den mest exakta tjocklekskontrollen och den bästa likformigheten i detta steg. Faktum är att det är mycket enkelt, det vill säga att i ett ugnsrör med syre används hög temperatur för att låta syre och kisel reagera kemiskt för att generera SiO2. På detta sätt genereras ett tunt lager av SiO2 på ytan av Si, som visas i figuren nedan.

Naturligtvis finns det också mycket specifik information här, såsom hur många grader som behövs, hur mycket syrekoncentration som behövs, hur länge den höga temperaturen behövs, etc. Det är inte det vi överväger nu, de är för specifika.

Bildning av grindändens poly:

Men det är inte över än. SiO2 är precis ekvivalent med en tråd, och den riktiga grinden (Poly) har inte börjat än. Så vårt nästa steg är att lägga ett lager polykisel på SiO2 (polysisel består också av ett enda kiselelement, men gitterarrangemanget är annorlunda. Fråga mig inte varför substratet använder enkristallkisel och grinden använder polykisel. Det finns en bok som heter Semiconductor Physics. Du kan lära dig om den. Det är pinsamt~). Poly är också en mycket kritisk länk i CMOS, men komponenten i poly är Si, och den kan inte genereras genom direkt reaktion med Si-substrat som odling av SiO2. Detta kräver den legendariska CVD (Chemical Vapor Deposition), vilket innebär att reagera kemiskt i vakuum och fälla ut det genererade objektet på wafern. I det här exemplet är den genererade substansen polykisel, och fälls sedan ut på wafern (här måste jag säga att poly genereras i ett ugnsrör genom CVD, så genereringen av poly görs inte av en ren CVD-maskin).

Men polykiseln som bildas med denna metod kommer att utfällas på hela wafern, och det ser ut så här efter utfällningen.

 

Exponering av Poly och SiO2:

I det här steget har den vertikala strukturen vi vill ha faktiskt formats, med poly på toppen, SiO2 på botten och substratet på botten. Men nu är hela wafern så här, och vi behöver bara en specifik position för att vara "kran"-strukturen. Så det finns det mest kritiska steget i hela processen - exponering.
Vi sprider först ett lager fotoresist på waferns yta, och det blir så här.

Placera sedan den definierade masken (kretsmönstret har definierats på masken) på den och bestråla den slutligen med ljus av en specifik våglängd. Fotoresisten aktiveras i det bestrålade området. Eftersom området som blockeras av masken inte belyses av ljuskällan aktiveras inte denna del av fotoresisten.

Eftersom den aktiverade fotoresisten är särskilt lätt att tvätta bort med en specifik kemisk vätska, medan den oaktiverade fotoresisten inte kan tvättas bort, används en specifik vätska efter bestrålning för att tvätta bort den aktiverade fotoresisten. Slutligen blir det så här, vilket lämnar fotoresisten där Poly och SiO2 behöver behållas, och fotoresisten avlägsnas där den inte behöver behållas.