تدفق عملية أشباه الموصلات

يمكنك فهمها حتى لو لم تدرس الفيزياء أو الرياضيات من قبل، ولكنها بسيطة جدًا ومناسبة للمبتدئين. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن CMOS، فيجب عليك قراءة محتوى هذه المشكلة، لأنه فقط بعد فهم تدفق العملية (أي عملية إنتاج الصمام الثنائي) يمكنك الاستمرار في فهم المحتوى التالي. ثم دعونا نتعرف على كيفية إنتاج CMOS في شركة المسبك في هذه المشكلة (مع أخذ العمليات غير المتقدمة كمثال، يختلف CMOS للعمليات المتقدمة في الهيكل ومبدأ الإنتاج).

بداية يجب أن تعلم أن الرقائق التي يحصل عليها المسبك من المورد (رقاقة السيليكونالمورد) واحدة تلو الأخرى، بنصف قطر 200 مم (8 بوصةالمصنع) أو 300 مم (12 بوصةمصنع). كما هو موضح في الشكل أدناه، فهي في الواقع تشبه كعكة كبيرة، والتي نسميها الركيزة.

ومع ذلك، ليس من المناسب لنا أن ننظر إلى الأمر بهذه الطريقة. ننظر من الأسفل إلى الأعلى وننظر إلى المنظر المقطعي الذي يصبح الشكل التالي.

بعد ذلك، دعونا نرى كيف يظهر نموذج CMOS. وبما أن العملية الفعلية تتطلب آلاف الخطوات، فسوف أتحدث هنا عن الخطوات الرئيسية لأبسط رقاقة بقياس 8 بوصة.

 

صنع طبقة جيدة وانعكاس:
وهذا يعني أنه يتم زرع البئر في الركيزة عن طريق زرع الأيونات (زرع الأيونات، والمشار إليه فيما يلي باسم عفريت). إذا كنت ترغب في صنع NMOS، فأنت بحاجة إلى زرع آبار من النوع P. إذا كنت ترغب في صنع PMOS، فأنت بحاجة إلى زرع آبار من النوع N. من أجل راحتك، لنأخذ NMOS كمثال. تقوم آلة زرع الأيونات بزراعة العناصر من النوع P المراد زرعها في الركيزة إلى عمق محدد، ومن ثم تسخينها عند درجة حرارة عالية في أنبوب الفرن لتنشيط هذه الأيونات ونشرها حولها. هذا يكمل إنتاج البئر. وهذا هو الشكل بعد الانتهاء من الإنتاج.

بعد عمل البئر، هناك خطوات أخرى لزرع الأيونات، والغرض منها هو التحكم في حجم تيار القناة وجهد العتبة. يمكن للجميع أن يطلق عليها طبقة الانعكاس. إذا كنت ترغب في صنع NMOS، فسيتم زرع طبقة الانعكاس بأيونات من النوع P، وإذا كنت تريد صنع PMOS، فسيتم زرع طبقة الانعكاس بأيونات من النوع N. بعد الزرع، هو النموذج التالي.

هناك الكثير من المحتويات هنا، مثل الطاقة والزاوية وتركيز الأيونات أثناء زرع الأيونات وما إلى ذلك، والتي لم يتم تضمينها في هذه القضية، وأعتقد أنه إذا كنت تعرف تلك الأشياء، فلا بد أن تكون مطلعًا على بواطن الأمور، وأنت يجب أن يكون هناك طريقة لتعلمهم.

صنع SiO2:
سيتم تصنيع ثاني أكسيد السيليكون (SiO2، المشار إليه فيما يلي باسم الأكسيد) لاحقًا. في عملية إنتاج CMOS، هناك طرق عديدة لصنع الأكسيد. هنا، يتم استخدام SiO2 تحت البوابة، ويؤثر سمكه بشكل مباشر على حجم جهد العتبة وحجم تيار القناة. لذلك، تختار معظم المسابك طريقة أكسدة أنبوب الفرن بأعلى جودة، والتحكم الأكثر دقة في السمك، وأفضل توحيد في هذه الخطوة. في الواقع، الأمر بسيط للغاية، أي أنه في أنبوب الفرن الذي يحتوي على الأكسجين، يتم استخدام درجة حرارة عالية للسماح للأكسجين والسيليكون بالتفاعل كيميائيًا لتوليد SiO2. بهذه الطريقة، يتم إنشاء طبقة رقيقة من SiO2 على سطح Si، كما هو موضح في الشكل أدناه.

بالطبع، هناك أيضًا الكثير من المعلومات المحددة هنا، مثل عدد الدرجات المطلوبة، ومقدار تركيز الأكسجين المطلوب، والمدة اللازمة لدرجة الحرارة المرتفعة، وما إلى ذلك. هذه ليست ما نفكر فيه الآن، تلك هي محددة للغاية.
تشكيل نهاية البوابة بولي:
لكن الأمر لم ينته بعد. SiO2 يعادل الخيط فقط، والبوابة الحقيقية (Poly) لم تبدأ بعد. لذا فإن خطوتنا التالية هي وضع طبقة من البولي سيليكون على SiO2 (يتكون البولي سيليكون أيضًا من عنصر سيليكون واحد، لكن ترتيب الشبكة مختلف. لا تسألني لماذا تستخدم الركيزة السيليكون البلوري المفرد بينما تستخدم البوابة البولي سيليكون. هناك هو كتاب يسمى فيزياء أشباه الموصلات يمكنك التعرف عليه إنه أمر محرج ~). يعد Poly أيضًا رابطًا بالغ الأهمية في CMOS، ولكن مكون poly هو Si، ولا يمكن توليده عن طريق التفاعل المباشر مع ركيزة Si مثل نمو SiO2. وهذا يتطلب CVD الأسطوري (ترسيب البخار الكيميائي)، والذي يتفاعل كيميائيًا في الفراغ وترسيب الجسم الناتج على الرقاقة. في هذا المثال، المادة الناتجة هي البولي سيليكون، ثم يتم ترسيبها على الرقاقة (هنا يجب أن أقول أن البولي يتم توليده في أنبوب الفرن بواسطة CVD، لذلك لا يتم توليد البولي بواسطة آلة CVD نقية).

لكن البولي سيليكون المتكون بهذه الطريقة سوف يترسب على الرقاقة بأكملها، ويبدو هكذا بعد الترسيب.

التعرض للبولي وSiO2:
في هذه الخطوة، تم بالفعل تشكيل الهيكل الرأسي الذي نريده، مع بولي في الأعلى، وSiO2 في الأسفل، والركيزة في الأسفل. لكن الآن أصبحت الرقاقة بأكملها هكذا، ونحتاج فقط إلى موضع محدد لنكون هيكل "الصنبور". لذلك، هناك الخطوة الأكثر أهمية في العملية برمتها - التعرض.
نقوم أولاً بنشر طبقة من مقاومة الضوء على سطح الرقاقة، وتصبح بهذا الشكل.

ثم ضع القناع المحدد (تم تعريف نمط الدائرة على القناع)، وأخيرًا قم بتشعيعه بضوء ذو طول موجي محدد. سيتم تنشيط مقاوم الضوء في المنطقة المشععة. وبما أن المنطقة التي يحجبها القناع لا يتم إضاءتها بمصدر الضوء، فإن قطعة مقاومة الضوء هذه لا يتم تنشيطها.

نظرًا لأنه من السهل بشكل خاص غسل مقاوم الضوء المنشط بواسطة سائل كيميائي محدد، بينما لا يمكن غسل مقاوم الضوء غير المنشط، بعد التشعيع، يتم استخدام سائل محدد لغسل مقاوم الضوء المنشط، وفي النهاية يصبح الأمر هكذا، تاركًا مقاوم الضوء حيث يلزم الاحتفاظ بالبولي وSiO2، وإزالة مقاوم الضوء حيث لا يلزم الاحتفاظ به.