Halbleiterprozessablauf

Man kann es auch verstehen, wenn man noch nie Physik oder Mathematik studiert hat, aber es ist etwas zu einfach und für Anfänger geeignet. Wenn Sie mehr über CMOS erfahren möchten, müssen Sie den Inhalt dieser Ausgabe lesen, denn erst nachdem Sie den Prozessablauf (dh den Herstellungsprozess der Diode) verstanden haben, können Sie den folgenden Inhalt weiterhin verstehen. Dann erfahren Sie in dieser Ausgabe, wie dieser CMOS im Gießereiunternehmen hergestellt wird (am Beispiel des nicht fortgeschrittenen Prozesses unterscheidet sich der CMOS des fortgeschrittenen Prozesses in Struktur und Produktionsprinzip).

Zunächst müssen Sie wissen, dass die Wafer, die die Gießerei vom Lieferanten erhält (SiliziumwaferLieferant) sind einzeln, mit einem Radius von 200 mm (8 Zollab Werk) oder 300 mm (12 ZollFabrik). Wie in der Abbildung unten gezeigt, ähnelt es tatsächlich einem großen Kuchen, den wir Substrat nennen.

Allerdings ist es für uns nicht bequem, dies so zu betrachten. Wir schauen von unten nach oben und betrachten die Querschnittsansicht, die zur folgenden Abbildung wird.

Schauen wir uns als Nächstes an, wie das CMOS-Modell aussieht. Da der eigentliche Prozess Tausende von Schritten erfordert, werde ich hier auf die Hauptschritte des einfachsten 8-Zoll-Wafers eingehen.

 

 

Herstellung von Brunnen und Inversionsschicht:

Das heißt, die Wanne wird durch Ionenimplantation (Ionenimplantation, im Folgenden als IMP bezeichnet) in das Substrat implantiert. Wenn Sie NMOS herstellen möchten, müssen Sie Wannen vom P-Typ implantieren. Wenn Sie PMOS herstellen möchten, müssen Sie N-Typ-Wells implantieren. Nehmen wir der Einfachheit halber NMOS als Beispiel. Die Ionenimplantationsmaschine implantiert die zu implantierenden P-Typ-Elemente bis zu einer bestimmten Tiefe in das Substrat und erhitzt sie dann im Ofenrohr auf hohe Temperatur, um diese Ionen zu aktivieren und zu verteilen. Damit ist die Herstellung des Brunnens abgeschlossen. So sieht es nach Abschluss der Produktion aus.

Nach der Herstellung der Wanne folgen weitere Ionenimplantationsschritte, deren Zweck darin besteht, die Größe des Kanalstroms und der Schwellenspannung zu steuern. Jeder kann es die Inversionsschicht nennen. Wenn Sie NMOS herstellen möchten, werden in die Inversionsschicht Ionen vom P-Typ implantiert, und wenn Sie PMOS herstellen möchten, werden in die Inversionsschicht Ionen vom N-Typ implantiert. Nach der Implantation handelt es sich um das folgende Modell.

Es gibt hier viele Inhalte, wie Energie, Winkel, Ionenkonzentration während der Ionenimplantation usw., die in dieser Ausgabe nicht enthalten sind, und ich glaube, wenn Sie diese Dinge wissen, müssen Sie ein Insider sein, und Sie muss eine Möglichkeit haben, sie zu lernen.

 

SiO2 herstellen:

Siliziumdioxid (SiO2, im Folgenden als Oxid bezeichnet) wird später hergestellt. Im CMOS-Produktionsprozess gibt es viele Möglichkeiten, Oxide herzustellen. Hier wird SiO2 unter dem Gate verwendet und seine Dicke beeinflusst direkt die Größe der Schwellenspannung und die Größe des Kanalstroms. Daher wählen die meisten Gießereien in diesem Schritt das Ofenrohroxidationsverfahren mit der höchsten Qualität, der präzisesten Dickenkontrolle und der besten Gleichmäßigkeit. Tatsächlich ist es sehr einfach: In einem Ofenrohr mit Sauerstoff wird eine hohe Temperatur verwendet, damit Sauerstoff und Silizium chemisch reagieren und SiO2 erzeugen. Auf diese Weise entsteht eine dünne SiO2-Schicht auf der Si-Oberfläche, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Natürlich gibt es hier auch viele spezifische Informationen, z. B. wie viele Grad benötigt werden, wie viel Sauerstoffkonzentration benötigt wird, wie lange die hohe Temperatur benötigt wird usw. Das sind nicht die Dinge, über die wir jetzt nachdenken, sondern die zu spezifisch.

Bildung des Angussendes Poly:

Aber es ist noch nicht vorbei. SiO2 entspricht lediglich einem Faden und der eigentliche Anguss (Poly) hat noch nicht begonnen. Unser nächster Schritt besteht also darin, eine Schicht Polysilizium auf SiO2 zu legen (Polysilizium besteht ebenfalls aus einem einzelnen Siliziumelement, aber die Gitteranordnung ist anders. Fragen Sie mich nicht, warum das Substrat einkristallines Silizium und das Gate Polysilizium verwendet. Da ist ein Buch mit dem Titel „Halbleiterphysik“. Es ist peinlich. Poly ist auch eine sehr wichtige Verbindung im CMOS, aber die Komponente von Poly ist Si und kann nicht durch direkte Reaktion mit Si-Substrat wie wachsendes SiO2 erzeugt werden. Dazu ist die legendäre CVD (Chemical Vapour Deposition) erforderlich, bei der im Vakuum chemisch reagiert und das erzeugte Objekt auf dem Wafer abgeschieden wird. In diesem Beispiel ist die erzeugte Substanz Polysilizium und wird dann auf dem Wafer abgeschieden (hier muss ich sagen, dass Poly in einem Ofenrohr durch CVD erzeugt wird, die Erzeugung von Poly also nicht durch eine reine CVD-Maschine erfolgt).

Aber das durch diese Methode gebildete Polysilizium wird auf dem gesamten Wafer abgeschieden, und nach der Fällung sieht es so aus.

 

Freilegung von Poly und SiO2:

In diesem Schritt wurde tatsächlich die gewünschte vertikale Struktur gebildet, mit Poly auf der Oberseite, SiO2 auf der Unterseite und dem Substrat auf der Unterseite. Aber jetzt ist der ganze Wafer so, und wir brauchen nur eine bestimmte Position, um die „Wasserhahn“-Struktur zu bilden. Es gibt also den kritischsten Schritt im gesamten Prozess – die Belichtung.
Wir verteilen zunächst eine Schicht Fotolack auf der Oberfläche des Wafers und es entsteht folgendes Bild.

Legen Sie dann die definierte Maske (das Schaltkreismuster wurde auf der Maske definiert) darauf und bestrahlen Sie sie schließlich mit Licht einer bestimmten Wellenlänge. Der Fotolack wird im bestrahlten Bereich aktiviert. Da der durch die Maske blockierte Bereich nicht von der Lichtquelle beleuchtet wird, wird dieses Stück Fotolack nicht aktiviert.

Da der aktivierte Fotolack besonders leicht durch eine bestimmte chemische Flüssigkeit abgewaschen werden kann, während der nicht aktivierte Fotolack nicht abgewaschen werden kann, wird nach der Bestrahlung eine bestimmte Flüssigkeit verwendet, um den aktivierten Fotolack abzuwaschen, und schließlich wird er so, dass er zurückbleibt Fotolack dort, wo Poly und SiO2 zurückgehalten werden müssen, und Entfernen des Fotolacks dort, wo er nicht zurückgehalten werden muss.