Sellest saab aru ka siis, kui sa pole kunagi füüsikat või matemaatikat õppinud, aga see on natuke liiga lihtne ja sobib algajatele. Kui soovite CMOS-i kohta rohkem teada saada, peate lugema selle väljaande sisu, sest alles pärast protsessi voolu (st dioodi tootmisprotsessi) mõistmist saate jätkata järgmise sisu mõistmist. Seejärel uurime selles numbris, kuidas seda CMOS-i valuettevõttes toodetakse (kui võtta näitena mittetäiustatud protsessi, on täiustatud protsessi CMOS-i struktuur ja tootmispõhimõtted erinevad).
Esiteks peate teadma, et vahvlid, mille valukoda tarnijalt saab (räni vahveltarnija) on ükshaaval, raadiusega 200 mm (8-tollinetehases) või 300 mm (12-tollinetehas). Nagu on näidatud alloleval joonisel, sarnaneb see tegelikult suure koogiga, mida me nimetame substraadiks.
Meil pole aga mugav seda niimoodi vaadata. Vaatame alt üles ja vaatame ristlõike vaadet, millest saab järgmine joonis.
Järgmisena vaatame, kuidas CMOS-mudel välja näeb. Kuna tegelik protsess nõuab tuhandeid samme, siis räägin siin kõige lihtsama 8-tollise vahvli põhisammudest.
Kaevu ja inversioonikihi valmistamine:
See tähendab, et süvend implanteeritakse substraadisse ioonimplantatsiooni teel (Ion Implantation, edaspidi imp). Kui soovite teha NMOS-i, peate implanteerima P-tüüpi süvendid. Kui soovite teha PMOS-i, peate implanteerima N-tüüpi süvendeid. Teie mugavuse huvides võtame näiteks NMOS-i. Ioonide implanteerimismasin implanteerib implanteeritavad P-tüüpi elemendid substraadile kindlale sügavusele ja seejärel soojendab neid ahju torus kõrgel temperatuuril, et need ioonid aktiveerida ja ümber hajutada. See lõpetab kaevu tootmise. Selline näeb välja pärast lavastuse valmimist.
Peale kaevu tegemist on veel ioonide siirdamise etapid, mille eesmärk on juhtida kanali voolu suurust ja lävipinget. Igaüks võib seda nimetada inversioonikihiks. Kui soovite teha NMOS-i, implanteeritakse inversioonikihti P-tüüpi ioonid ja kui soovite teha PMOS-i, siis implanteeritakse inversioonikihti N-tüüpi ioonid. Pärast implanteerimist on see järgmine mudel.
Siin on palju sisu, nagu energia, nurk, ioonide kontsentratsioon ioonide siirdamise ajal jne, mida selles numbris ei käsitleta, ja ma usun, et kui sa neid asju tead, siis pead olema sisering ja sa peab olema viis neid õppida.
SiO2 valmistamine:
Ränidioksiidi (SiO2, edaspidi oksiid) hakatakse valmistama hiljem. CMOS-i tootmisprotsessis on oksiidi valmistamiseks palju võimalusi. Siin kasutatakse SiO2 värava all ja selle paksus mõjutab otseselt lävipinge suurust ja kanali voolu suurust. Seetõttu valib enamik valukodasid ahjutoru oksüdatsioonimeetodi, millel on kõrgeim kvaliteet, kõige täpsem paksuse reguleerimine ja parim ühtlus selles etapis. Tegelikult on see väga lihtne, st hapnikuga ahjutorus kasutatakse kõrget temperatuuri, mis võimaldab hapnikul ja ränil keemiliselt reageerida, tekitades SiO2. Sel viisil tekib Si pinnale õhuke SiO2 kiht, nagu on näidatud alloleval joonisel.
Muidugi on siin ka palju spetsiifilist teavet, näiteks mitu kraadi on vaja, kui palju hapniku kontsentratsiooni on vaja, kui kaua on vaja kõrget temperatuuri jne. Need ei ole see, mida me praegu kaalume, vaid need on liiga spetsiifiline.
Värava otsa polü moodustamine:
Aga see pole veel läbi. SiO2 on lihtsalt samaväärne niidiga ja tegelik värav (Poly) pole veel alanud. Nii et meie järgmine samm on panna SiO2 peale polüräni kiht (ka polüräni koosneb ühest ränielemendist, aga võre paigutus on erinev. Ärge küsige, miks substraadil kasutatakse monokristalli räni ja väravas polüräni. Seal on raamat nimega Semiconductor Physics. Selle kohta on piinlik ~). Polü on ka CMOS-is väga kriitiline lüli, kuid polükomponent on Si ja seda ei saa tekitada otsesel reaktsioonil Si substraadiga, nagu SiO2 kasvatamine. Selleks on vaja legendaarset CVD-d (Chemical Vapor Deposition), mis peab vaakumis keemiliselt reageerima ja tekitatud objekti vahvlile sadestama. Selles näites on genereeritud aineks polüräni ja see sadestatakse seejärel vahvlile (siinkohal pean ütlema, et polü genereeritakse ahjutorus CVD abil, seega ei genereeri polüet puhtalt CVD masinaga).
Kuid selle meetodiga moodustunud polüräni sadestub kogu vahvlile ja see näeb pärast sadenemist välja selline.
Kokkupuude polü- ja SiO2-ga:
Selles etapis on tegelikult moodustatud soovitud vertikaalne struktuur, mille ülaosas on polü, allosas SiO2 ja põhjas substraat. Kuid nüüd on kogu vahvel selline ja me vajame ainult konkreetset asendit, et olla "kraani" struktuur. Seega on kogu protsessis kõige kriitilisem samm – kokkupuude.
Esmalt määrime vahvli pinnale fotoresisti kihi ja see muutub selliseks.
Seejärel asetage määratletud mask (maskile on määratud vooluringi muster) ja lõpuks kiiritage seda kindla lainepikkusega valgusega. Fotoresist aktiveerub kiiritatud alal. Kuna maski poolt blokeeritud piirkonda valgusallikas ei valgusta, ei aktiveerita seda fotoresisti osa.
Kuna aktiveeritud fotoresisti on konkreetse keemilise vedelikuga eriti lihtne maha pesta, samas kui aktiveerimata fotoresisti ei saa maha pesta, siis pärast kiiritamist kasutatakse aktiveeritud fotoresisti ärapesmiseks spetsiifilist vedelikku ja lõpuks muutub see selliseks, jättes fotoresisti, kus polü- ja SiO2-d tuleb säilitada, ja fotoresisti eemaldamine seal, kus seda pole vaja säilitada.
Postitusaeg: 23. august 2024