Du kan forstå det, selvom du aldrig har studeret fysik eller matematik, men det er lidt for simpelt og velegnet til begyndere. Hvis du vil vide mere om CMOS, skal du læse indholdet af dette nummer, for først efter at have forstået procesflowet (det vil sige produktionsprocessen af dioden) kan du fortsætte med at forstå følgende indhold. Lad os derefter lære om, hvordan denne CMOS produceres i støberivirksomheden i denne udgave (med ikke-avanceret proces som et eksempel, CMOS af avanceret proces er forskellig i struktur og produktionsprincip).
Først og fremmest skal du vide, at de vafler, som støberiet får fra leverandøren (silicium waferleverandør) er én efter én, med en radius på 200 mm (8-tommerfabrik) eller 300 mm (12 tommerfabrik). Som vist på figuren nedenfor, ligner den faktisk en stor kage, som vi kalder et substrat.
Det er dog ikke bekvemt for os at se på det på denne måde. Vi ser nedefra og op og ser på tværsnitsbilledet, som bliver til følgende figur.
Lad os derefter se, hvordan CMOS-modellen ser ud. Da selve processen kræver tusindvis af trin, vil jeg her tale om hovedtrinene for den enkleste 8-tommers wafer.
Fremstilling af brønd og inversionslag:
Det vil sige, at brønden implanteres i substratet ved ionimplantation (ionimplantation, i det følgende benævnt imp). Hvis du vil lave NMOS, skal du implantere P-type brønde. Hvis du vil lave PMOS, skal du implantere N-type brønde. For nemheds skyld, lad os tage NMOS som et eksempel. Ionimplantationsmaskinen implanterer de P-type elementer, der skal implanteres i substratet, til en bestemt dybde, og opvarmer dem derefter ved høj temperatur i ovnrøret for at aktivere disse ioner og sprede dem rundt. Dette afslutter produktionen af brønden. Sådan ser det ud efter at produktionen er færdig.
Efter fremstilling af brønden er der andre ionimplantationstrin, hvis formål er at kontrollere størrelsen af kanalstrømmen og tærskelspændingen. Alle kan kalde det inversionslaget. Hvis du vil lave NMOS, implanteres inversionslaget med P-type ioner, og hvis du vil lave PMOS, implanteres inversionslaget med N-type ioner. Efter implantation er det følgende model.
Der er en masse indhold her, såsom energien, vinklen, ionkoncentrationen under ionimplantation osv., som ikke er med i dette nummer, og jeg mener, at hvis man ved de ting, skal man være insider, og man skal have en måde at lære dem på.
Fremstilling af SiO2:
Siliciumdioxid (SiO2, i det følgende benævnt oxid) vil blive fremstillet senere. I CMOS-produktionsprocessen er der mange måder at fremstille oxid på. Her bruges SiO2 under porten, og dens tykkelse påvirker direkte størrelsen af tærskelspændingen og størrelsen af kanalstrømmen. Derfor vælger de fleste støberier ovnrørets oxidationsmetode med den højeste kvalitet, den mest præcise tykkelseskontrol og den bedste ensartethed på dette trin. Faktisk er det meget simpelt, det vil sige, at i et ovnrør med oxygen bruges høj temperatur til at lade oxygen og silicium reagere kemisk for at danne SiO2. På denne måde dannes et tyndt lag SiO2 på overfladen af Si, som vist på figuren nedenfor.
Selvfølgelig er der også en masse specifik information her, såsom hvor mange grader der skal til, hvor meget koncentration af ilt der skal til, hvor længe den høje temperatur er nødvendig osv. Det er ikke det vi overvejer nu, det er for specifik.
Dannelse af portende Poly:
Men det er ikke slut endnu. SiO2 svarer bare til et gevind, og den rigtige gate (Poly) er ikke startet endnu. Så vores næste skridt er at lægge et lag polysilicium på SiO2 (polysilicium er også sammensat af et enkelt siliciumelement, men gitterarrangementet er anderledes. Spørg mig ikke, hvorfor substratet bruger enkeltkrystal silicium, og porten bruger polysilicium. Der er en bog, der hedder Semiconductor Physics. Du kan lære om det. Det er pinligt. Poly er også et meget kritisk led i CMOS, men komponenten af poly er Si, og det kan ikke genereres ved direkte reaktion med Si-substrat som voksende SiO2. Dette kræver den legendariske CVD (Chemical Vapor Deposition), som skal reagere kemisk i et vakuum og udfælde den genererede genstand på waferen. I dette eksempel er det genererede stof polysilicium, og derefter udfældet på waferen (her må jeg sige, at poly genereres i et ovnrør af CVD, så genereringen af poly udføres ikke af en ren CVD-maskine).
Men polysilicium dannet ved denne metode vil blive udfældet på hele waferen, og det ser sådan ud efter udfældning.
Eksponering af poly og SiO2:
På dette trin er den lodrette struktur, vi ønsker, faktisk blevet dannet, med poly på toppen, SiO2 på bunden og substratet i bunden. Men nu er hele waferen sådan her, og vi behøver kun en bestemt position for at være "hane"-strukturen. Så der er det mest kritiske trin i hele processen - eksponering.
Vi spreder først et lag fotoresist på overfladen af waferen, og det bliver sådan her.
Sæt derefter den definerede maske (kredsløbsmønsteret er defineret på masken) på den, og bestråle den til sidst med lys af en bestemt bølgelængde. Fotoresisten vil blive aktiveret i det bestrålede område. Da området blokeret af masken ikke er oplyst af lyskilden, aktiveres dette stykke fotoresist ikke.
Da den aktiverede fotoresist er særlig let at vaske væk af en specifik kemisk væske, mens den uaktiverede fotoresist ikke kan vaskes væk, bruges der efter bestråling en specifik væske til at vaske den aktiverede fotoresist væk, og til sidst bliver det sådan, og efterlader fotoresisten, hvor Poly og SiO2 skal tilbageholdes, og fjernelse af fotoresisten, hvor den ikke skal tilbageholdes.
Indlægstid: 23. august 2024