Puolijohdeprosessin virtaus

Voit ymmärtää sen, vaikka et olisi koskaan opiskellut fysiikkaa tai matematiikkaa, mutta se on hieman liian yksinkertainen ja sopii aloittelijoille. Jos haluat tietää lisää CMOS:sta, sinun on luettava tämän numeron sisältö, koska vasta prosessin kulun (eli diodin tuotantoprosessin) ymmärtämisen jälkeen voit jatkaa seuraavan sisällön ymmärtämistä. Sitten opitaan kuinka tämä CMOS valmistetaan valimoyrityksessä tässä numerossa (esimerkiksi ei-edistynyt prosessi, edistyneen prosessin CMOS on rakenteeltaan ja tuotantoperiaatteeltaan erilainen).

Ensinnäkin sinun on tiedettävä, että kiekot, jotka valimo saa toimittajalta (piikiekkotoimittaja) ovat yksitellen, säteellä 200 mm (8-tuumainentehdas) tai 300mm (12-tuumainentehdas). Kuten alla olevasta kuvasta näkyy, se on itse asiassa samanlainen kuin iso kakku, jota kutsumme substraatiksi.

Meidän ei kuitenkaan ole kätevää katsoa asiaa tällä tavalla. Katsomme alhaalta ylöspäin ja katsomme poikkileikkausnäkymää, josta tulee seuraava kuva.

Katsotaan seuraavaksi, miltä CMOS-malli näyttää. Koska varsinainen prosessi vaatii tuhansia vaiheita, puhun tässä yksinkertaisimman 8 tuuman kiekon päävaiheista.

 

 

Kaivon ja inversiokerroksen tekeminen:

Eli kuoppa istutetaan substraattiin ioni-istutuksella (Ion Implantation, jäljempänä imp). Jos haluat tehdä NMOS:ia, sinun on istutettava P-tyypin kuoppia. Jos haluat tehdä PMOS:ää, sinun on istutettava N-tyypin kuoppia. Otetaanpa esimerkkinä NMOS. Ioni-istutuskone istuttaa P-tyyppiset elementit istutettavat substraattiin tiettyyn syvyyteen ja lämmittää ne sitten korkeassa lämpötilassa uunin putkessa aktivoidakseen nämä ionit ja hajottaakseen ne ympäriinsä. Tämä päättää kaivon tuotannon. Tältä se näyttää tuotannon valmistuttua.

Kaivon valmistuksen jälkeen on muita ioni-istutusvaiheita, joiden tarkoituksena on ohjata kanavan virran ja kynnysjännitteen kokoa. Jokainen voi kutsua sitä inversiokerrokseksi. Jos haluat tehdä NMOS:a, inversiokerrokseen istutetaan P-tyypin ioneja ja jos haluat tehdä PMOS:a, inversiokerrokseen istutetaan N-tyypin ioneja. Implantoinnin jälkeen se on seuraava malli.

Täällä on paljon sisältöä, kuten energia, kulma, ionikonsentraatio ioni-istutuksen aikana jne., jotka eivät sisälly tähän numeroon, ja uskon, että jos tiedät ne asiat, sinun on oltava sisäpiiriläinen ja sinä täytyy olla tapa oppia ne.

 

SiO2:n valmistus:

Piidioksidia (SiO2, jäljempänä oksidi) valmistetaan myöhemmin. CMOS-tuotantoprosessissa on monia tapoja valmistaa oksideja. Tässä käytetään SiO2:ta hilan alla ja sen paksuus vaikuttaa suoraan kynnysjännitteen kokoon ja kanavavirran kokoon. Siksi useimmat valimot valitsevat uuniputken hapetusmenetelmän, jolla on korkein laatu, tarkin paksuussäätö ja paras tasaisuus tässä vaiheessa. Itse asiassa se on hyvin yksinkertaista, eli uuniputkessa, jossa on happea, käytetään korkeaa lämpötilaa, jotta happi ja pii voivat reagoida kemiallisesti SiO2:n muodostamiseksi. Tällä tavalla SiO2:n pinnalle muodostuu ohut kerros alla olevan kuvan mukaisesti.

Tietysti täällä on myös paljon tarkkoja tietoja, kuten kuinka monta astetta tarvitaan, kuinka paljon happipitoisuutta tarvitaan, kuinka kauan tarvitaan korkeaa lämpötilaa jne. Nämä eivät ole sitä, mitä emme nyt harkitse, ne ovat liian tarkka.

Portin pään polyn muodostus:

Mutta se ei ole vielä ohi. SiO2 vastaa vain lankaa, eikä todellinen portti (Poly) ole vielä alkanut. Joten seuraava askeleemme on asettaa polypiikerros SiO2:lle (myös polypii koostuu yhdestä piielementistä, mutta hilajärjestely on erilainen. Älä kysy minulta, miksi substraatti käyttää yksikidepiitä ja portti polypiitä. Siellä on kirja nimeltä Semiconductor Physics. Se on kiusallista. Poly on myös erittäin kriittinen linkki CMOS:ssa, mutta polyn komponentti on Si, eikä sitä voida tuottaa suoralla reaktiolla Si-substraatin kanssa, kuten kasvattamalla SiO2:ta. Tämä vaatii legendaarisen CVD:n (Chemical Vapor Deposition), jonka on määrä reagoida kemiallisesti tyhjiössä ja saostaa syntynyt esine kiekolle. Tässä esimerkissä syntyvä aine on polypii, ja se saostetaan sitten kiekolle (tässä minun on sanottava, että poly syntyy uuniputkessa CVD:llä, joten polyn muodostusta ei tehdä puhtaalla CVD-koneella).

Mutta tällä menetelmällä muodostunut polypii saostuu koko kiekolle, ja se näyttää tältä saostuksen jälkeen.

 

Poly- ja SiO2-altistus:

Tässä vaiheessa on itse asiassa muodostettu haluamamme pystysuora rakenne, jossa poly on päällä, SiO2 pohjassa ja substraatti pohjassa. Mutta nyt koko kiekko on tällainen, ja tarvitsemme vain tietyn asennon ollaksemme "hana" rakenne. Joten koko prosessissa on kriittisin vaihe - altistuminen.
Levitämme ensin kerroksen fotoresistiä kiekon pinnalle, ja siitä tulee tällainen.

Laita sitten määritetty maski (piirikuvio on määritelty maskiin) sen päälle ja lopuksi säteilytä se tietyn aallonpituuden omaavalla valolla. Fotoresisti aktivoituu säteilytetyllä alueella. Koska valonlähde ei valaise maskin peittämää aluetta, tämä fotoresistin pala ei aktivoidu.

Koska aktivoitu fotoresisti on erityisen helppo pestä pois tietyllä kemiallisella nesteellä, kun taas aktivoimaton fotoresisti ei voi pestä pois, säteilytyksen jälkeen käytetään tiettyä nestettä, joka huuhtelee pois aktivoidun fotoresistin, ja lopulta siitä tulee tällainen, jolloin fotoresisti, jossa poly ja SiO2 on säilytettävä, ja fotoresistin poistaminen siellä, missä sitä ei tarvitse säilyttää.