Ροή διεργασίας ημιαγωγών

Μπορείτε να το καταλάβετε ακόμα κι αν δεν έχετε σπουδάσει ποτέ φυσική ή μαθηματικά, αλλά είναι λίγο πολύ απλό και κατάλληλο για αρχάριους. Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το CMOS, πρέπει να διαβάσετε το περιεχόμενο αυτού του τεύχους, γιατί μόνο αφού κατανοήσετε τη ροή της διαδικασίας (δηλαδή τη διαδικασία παραγωγής της διόδου) μπορείτε να συνεχίσετε να κατανοείτε το ακόλουθο περιεχόμενο. Στη συνέχεια, ας μάθουμε πώς παράγεται αυτό το CMOS στην εταιρεία χυτηρίου σε αυτό το τεύχος (λαμβάνοντας ως παράδειγμα τη μη προηγμένη διαδικασία, το CMOS της προηγμένης διεργασίας διαφέρει στη δομή και την αρχή παραγωγής).

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να γνωρίζετε ότι οι γκοφρέτες που παίρνει το χυτήριο από τον προμηθευτή (γκοφρέτα πυριτίουπρομηθευτής) είναι ένα προς ένα, με ακτίνα 200 mm (8 ιντσώνεργοστασιακό) ή 300 mm (12 ιντσώνεργοστάσιο). Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, στην πραγματικότητα μοιάζει με ένα μεγάλο κέικ, το οποίο ονομάζουμε υπόστρωμα.

Ωστόσο, δεν μας βολεύει να το δούμε έτσι. Κοιτάμε από κάτω προς τα πάνω και κοιτάμε την όψη διατομής, που γίνεται το παρακάτω σχήμα.

Στη συνέχεια, ας δούμε πώς εμφανίζεται το μοντέλο CMOS. Δεδομένου ότι η πραγματική διαδικασία απαιτεί χιλιάδες βήματα, θα μιλήσω για τα κύρια βήματα της απλούστερης γκοφρέτας 8 ιντσών εδώ.

 

 

Δημιουργία φρέατος και στρώματος αντιστροφής:

Δηλαδή, το φρεάτιο εμφυτεύεται στο υπόστρωμα με εμφύτευση ιόντων (Ion Implantation, στο εξής αναφερόμενο ως imp). Εάν θέλετε να φτιάξετε NMOS, πρέπει να εμφυτεύσετε φρεάτια τύπου P. Εάν θέλετε να κάνετε PMOS, πρέπει να εμφυτεύσετε φρεάτια τύπου Ν. Για τη διευκόλυνσή σας, ας πάρουμε ως παράδειγμα το NMOS. Η μηχανή εμφύτευσης ιόντων εμφυτεύει τα στοιχεία τύπου Ρ που πρόκειται να εμφυτευθούν στο υπόστρωμα σε ένα συγκεκριμένο βάθος και στη συνέχεια τα θερμαίνει σε υψηλή θερμοκρασία στο σωλήνα του κλιβάνου για να ενεργοποιήσει αυτά τα ιόντα και να τα διαχέει γύρω. Αυτό ολοκληρώνει την παραγωγή του πηγαδιού. Έτσι φαίνεται μετά την ολοκλήρωση της παραγωγής.

Μετά την κατασκευή του φρεατίου, υπάρχουν και άλλα βήματα εμφύτευσης ιόντων, σκοπός των οποίων είναι ο έλεγχος του μεγέθους του ρεύματος του καναλιού και της τάσης κατωφλίου. Ο καθένας μπορεί να το ονομάσει επίπεδο αντιστροφής. Εάν θέλετε να φτιάξετε NMOS, το στρώμα αναστροφής εμφυτεύεται με ιόντα τύπου P και εάν θέλετε να φτιάξετε PMOS, το στρώμα αναστροφής εμφυτεύεται με ιόντα τύπου Ν. Μετά την εμφύτευση, είναι το παρακάτω μοντέλο.

Υπάρχουν πολλά περιεχόμενα εδώ, όπως η ενέργεια, η γωνία, η συγκέντρωση ιόντων κατά την εμφύτευση ιόντων κ.λπ., τα οποία δεν περιλαμβάνονται σε αυτό το τεύχος, και πιστεύω ότι αν τα γνωρίζετε αυτά, πρέπει να είστε γνώστες και πρέπει να έχει έναν τρόπο να τα μάθει.

 

Παραγωγή SiO2:

Το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2, στο εξής θα αναφέρεται ως οξείδιο) θα παρασκευαστεί αργότερα. Στη διαδικασία παραγωγής CMOS, υπάρχουν πολλοί τρόποι για την παραγωγή οξειδίου. Εδώ, το SiO2 χρησιμοποιείται κάτω από την πύλη και το πάχος του επηρεάζει άμεσα το μέγεθος της τάσης κατωφλίου και το μέγεθος του ρεύματος του καναλιού. Επομένως, τα περισσότερα χυτήρια επιλέγουν τη μέθοδο οξείδωσης σωλήνων κλιβάνου με την υψηλότερη ποιότητα, τον πιο ακριβή έλεγχο πάχους και την καλύτερη ομοιομορφία σε αυτό το βήμα. Στην πραγματικότητα, είναι πολύ απλό, δηλαδή σε ένα σωλήνα κλιβάνου με οξυγόνο, χρησιμοποιείται υψηλή θερμοκρασία για να επιτρέψει στο οξυγόνο και το πυρίτιο να αντιδράσουν χημικά για να δημιουργήσουν SiO2. Με αυτόν τον τρόπο, δημιουργείται ένα λεπτό στρώμα SiO2 στην επιφάνεια του Si, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Φυσικά, υπάρχουν και πολλές συγκεκριμένες πληροφορίες εδώ, όπως πόσοι βαθμοί χρειάζονται, πόση συγκέντρωση οξυγόνου χρειάζεται, πόσο καιρό χρειάζεται η υψηλή θερμοκρασία κ.λπ. Δεν είναι αυτά που εξετάζουμε τώρα, αυτά είναι πολύ συγκεκριμένο.

Σχηματισμός πολυτελούς πύλης:

Αλλά δεν έχει τελειώσει ακόμα. Το SiO2 είναι απλώς ισοδύναμο με ένα νήμα και η πραγματική πύλη (Poly) δεν έχει ξεκινήσει ακόμα. Επομένως, το επόμενο βήμα μας είναι να τοποθετήσουμε ένα στρώμα πολυπυριτίου σε SiO2 (το πολυπυρίτιο αποτελείται επίσης από ένα στοιχείο πυριτίου, αλλά η διάταξη του πλέγματος είναι διαφορετική. Μη με ρωτήσετε γιατί το υπόστρωμα χρησιμοποιεί μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και η πύλη χρησιμοποιεί πολυπυρίτιο. Εκεί είναι ένα βιβλίο που ονομάζεται Φυσική Ημιαγωγών Μπορείτε να μάθετε για αυτό. Το Poly είναι επίσης ένας πολύ κρίσιμος σύνδεσμος στο CMOS, αλλά το συστατικό του poly είναι το Si και δεν μπορεί να δημιουργηθεί με άμεση αντίδραση με το υπόστρωμα Si όπως η ανάπτυξη του SiO2. Αυτό απαιτεί το θρυλικό CVD (Chemical Vapor Deposition), το οποίο είναι να αντιδρά χημικά σε κενό και να καθιζάνει το παραγόμενο αντικείμενο στη γκοφρέτα. Σε αυτό το παράδειγμα, η παραγόμενη ουσία είναι το πολυπυρίτιο και στη συνέχεια κατακρημνίζεται στη γκοφρέτα (εδώ πρέπει να πω ότι το πολυ παράγεται σε σωλήνα κλιβάνου από το CVD, επομένως η δημιουργία πολυπυριτίου δεν γίνεται από μια καθαρή μηχανή CVD).

Αλλά το πολυπυρίτιο που σχηματίζεται με αυτή τη μέθοδο θα κατακρημνιστεί σε ολόκληρη τη γκοφρέτα και μοιάζει με αυτό μετά την κατακρήμνιση.

 

Έκθεση σε Poly και SiO2:

Σε αυτό το βήμα, έχει διαμορφωθεί στην πραγματικότητα η κατακόρυφη δομή που θέλουμε, με πολυ στην κορυφή, SiO2 στο κάτω μέρος και το υπόστρωμα στο κάτω μέρος. Αλλά τώρα ολόκληρη η γκοφρέτα είναι έτσι, και χρειαζόμαστε μόνο μια συγκεκριμένη θέση για να είναι η δομή "βρύσης". Υπάρχει λοιπόν το πιο κρίσιμο βήμα στην όλη διαδικασία - η έκθεση.
Απλώνουμε πρώτα μια στρώση φωτοανθεκτικού στην επιφάνεια της γκοφρέτας και γίνεται έτσι.

Στη συνέχεια, τοποθετήστε την καθορισμένη μάσκα (το μοτίβο του κυκλώματος έχει οριστεί στη μάσκα) και τέλος ακτινοβολήστε την με φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Το φωτοανθεκτικό θα ενεργοποιηθεί στην ακτινοβολημένη περιοχή. Εφόσον η περιοχή που μπλοκάρεται από τη μάσκα δεν φωτίζεται από την πηγή φωτός, αυτό το κομμάτι φωτοαντίστασης δεν ενεργοποιείται.

Δεδομένου ότι το ενεργοποιημένο φωτοανθεκτικό είναι ιδιαίτερα εύκολο να ξεπλυθεί από ένα συγκεκριμένο χημικό υγρό, ενώ το μη ενεργοποιημένο φωτοανθεκτικό δεν μπορεί να ξεπλυθεί, μετά την ακτινοβόληση, χρησιμοποιείται ένα συγκεκριμένο υγρό για να ξεπλυθεί το ενεργοποιημένο φωτοανθεκτικό και τελικά γίνεται έτσι, αφήνοντας το φωτοανθεκτικό όπου πρέπει να συγκρατηθούν Poly και SiO2 και αφαιρώντας το φωτοανθεκτικό όπου δεν χρειάζεται να συγκρατηθεί.