جریان فرآیند نیمه هادی

حتی اگر هرگز فیزیک یا ریاضیات نخوانده باشید، می توانید آن را درک کنید، اما برای مبتدیان بسیار ساده و مناسب است. اگر می خواهید در مورد CMOS بیشتر بدانید، باید محتوای این شماره را مطالعه کنید، زیرا تنها پس از درک جریان فرآیند (یعنی فرآیند تولید دیود) می توانید به درک مطالب زیر ادامه دهید. سپس بیایید در این شماره با نحوه تولید این CMOS در شرکت ریخته گری آشنا شویم (به عنوان مثال فرآیند غیر پیشرفته، CMOS فرآیند پیشرفته در ساختار و اصل تولید متفاوت است).

اول از همه، باید بدانید که ویفرهایی که کارخانه ریخته گری از تامین کننده می گیرد (ویفر سیلیکونیتامین کننده) یک به یک، با شعاع 200 میلی متر (8 اینچیکارخانه) یا 300 میلی متر (12 اینچکارخانه). همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، در واقع شبیه یک کیک بزرگ است که ما به آن زیرلایه می گوییم.

با این حال، نگاه کردن به این موضوع برای ما راحت نیست. از پایین به بالا نگاه می کنیم و به نمای مقطعی نگاه می کنیم که به شکل زیر تبدیل می شود.

بعد، بیایید ببینیم که مدل CMOS چگونه ظاهر می شود. از آنجایی که فرآیند واقعی به هزاران مرحله نیاز دارد، من در اینجا در مورد مراحل اصلی ساده ترین ویفر 8 اینچی صحبت خواهم کرد.

 

ساخت چاه و لایه وارونگی:
یعنی چاه توسط کاشت یونی در بستر کاشته می شود (Ion Implantation که از این پس implantation نامیده می شود). اگر می خواهید NMOS بسازید، باید چاه های نوع P را کاشت کنید. اگر می خواهید PMOS بسازید، باید چاه های نوع N را کاشت کنید. برای راحتی شما، اجازه دهید NMOS را به عنوان مثال در نظر بگیریم. دستگاه کاشت یون، عناصر نوع P را که قرار است در زیرلایه کاشته شوند تا عمق مشخصی کاشت می کند و سپس آنها را در دمای بالا در لوله کوره گرم می کند تا این یون ها فعال شده و در اطراف پخش شوند. این کار تولید چاه را کامل می کند. این چیزی است که پس از اتمام تولید به نظر می رسد.

پس از ساخت چاه، مراحل کاشت یون دیگری نیز وجود دارد که هدف آن کنترل اندازه جریان کانال و ولتاژ آستانه است. همه می توانند آن را لایه وارونگی بنامند. اگر می خواهید NMOS بسازید، لایه وارونگی با یون های نوع P کاشته می شود و اگر می خواهید PMOS بسازید، لایه وارونگی با یون های نوع N کاشته می شود. بعد از کاشت، مدل زیر است.

در اینجا مطالب زیادی از جمله انرژی، زاویه، غلظت یون در زمان کاشت یون و ... وجود دارد که در این موضوع گنجانده نشده است و من معتقدم اگر آن چیزها را می دانید باید خودی باشید و شما باید راهی برای یادگیری آنها داشته باشد.

ساخت SiO2:
دی اکسید سیلیکون (SiO2 که از این پس اکسید نامیده می شود) بعدا ساخته خواهد شد. در فرآیند تولید CMOS، راه های زیادی برای تولید اکسید وجود دارد. در اینجا SiO2 در زیر گیت استفاده می شود و ضخامت آن مستقیماً بر اندازه ولتاژ آستانه و اندازه جریان کانال تأثیر می گذارد. بنابراین اکثر ریخته گری ها روش اکسیداسیون لوله کوره را با بالاترین کیفیت، دقیق ترین کنترل ضخامت و بهترین یکنواختی در این مرحله انتخاب می کنند. در واقع، بسیار ساده است، یعنی در یک لوله کوره با اکسیژن، از دمای بالا استفاده می شود تا اکسیژن و سیلیکون برای تولید SiO2 واکنش شیمیایی داشته باشند. به این ترتیب طبق شکل زیر لایه نازکی از SiO2 بر روی سطح Si تولید می شود.

البته، در اینجا اطلاعات خاصی نیز وجود دارد، مانند چند درجه، غلظت اکسیژن مورد نیاز، مدت زمان دمای بالا و غیره. اینها چیزی نیست که ما اکنون در نظر داریم، خیلی خاص
تشکیل پلی انتهای دروازه:
اما هنوز تمام نشده است. SiO2 فقط معادل یک thread است و گیت واقعی (Poly) هنوز شروع نشده است. بنابراین گام بعدی ما این است که یک لایه پلی سیلیکون را روی SiO2 قرار دهیم (پلی سیلیکون نیز از یک عنصر سیلیکونی تشکیل شده است، اما آرایش شبکه متفاوت است. از من نپرسید چرا بستر از سیلیکون تک کریستال و دروازه از پلی سیلیکون استفاده می کند. وجود دارد. کتابی به نام فیزیک نیمه هادی است که می توانید در مورد آن یاد بگیرید. پلی همچنین یک پیوند بسیار مهم در CMOS است، اما جزء پلی Si است و نمی‌توان آن را با واکنش مستقیم با بستر Si مانند رشد SiO2 ایجاد کرد. این به CVD افسانه ای (رسوب بخار شیمیایی) نیاز دارد که به صورت شیمیایی در خلاء واکنش می دهد و جسم تولید شده را روی ویفر رسوب می دهد. در این مثال، ماده تولید شده پلی سیلیکون است و سپس بر روی ویفر رسوب می کند (در اینجا باید بگویم که پلی در یک لوله کوره توسط CVD تولید می شود، بنابراین تولید پلی توسط یک دستگاه CVD خالص انجام نمی شود).

اما پلی سیلیکون تشکیل شده با این روش بر روی کل ویفر رسوب می کند و پس از رسوب به این شکل است.

قرار گرفتن در معرض پلی و SiO2:
در این مرحله، ساختار عمودی مورد نظر ما در واقع شکل گرفته است، با پلی در بالا، SiO2 در پایین و بستر در پایین. اما اکنون کل ویفر به این صورت است و ما فقط به یک موقعیت خاص نیاز داریم تا ساختار "شیر آب" باشد. بنابراین مهم ترین مرحله در کل فرآیند وجود دارد - قرار گرفتن در معرض.
ابتدا یک لایه فوتوریست روی سطح ویفر پهن می کنیم و به این صورت می شود.

سپس ماسک تعریف شده (الگوی مدار روی ماسک مشخص شده است) را روی آن قرار دهید و در نهایت نوری با طول موج مشخص به آن تابش کنید. مقاومت نوری در ناحیه تحت تابش فعال می شود. از آنجایی که ناحیه مسدود شده توسط ماسک توسط منبع نور روشن نمی شود، این قطعه مقاوم در برابر نور فعال نمی شود.

از آنجایی که فوتوریست فعال شده به طور خاص به راحتی توسط یک مایع شیمیایی خاص شسته می شود، در حالی که نور مقاوم فعال نشده را نمی توان شستشو داد، پس از تابش، از یک مایع خاص برای شستن فترزیست فعال استفاده می شود و در نهایت به این شکل می شود و باقی می ماند. در جایی که Poly و SiO2 نیاز به نگهداشتن دارند، فوتوریست و در جایی که نیازی به نگهداشتن آن نیست، فترزیست را بردارید.