Fluxo do proceso de semicondutores

Podes entendelo aínda que nunca estudaches física ou matemáticas, pero é demasiado sinxelo e adecuado para principiantes. Se queres saber máis sobre CMOS, tes que ler o contido deste número, porque só despois de entender o fluxo do proceso (é dicir, o proceso de produción do díodo) podes seguir entendendo o seguinte contido. A continuación, imos aprender sobre como se produce este CMOS na empresa de fundición neste número (tomando un proceso non avanzado como exemplo, o CMOS do proceso avanzado é diferente en estrutura e principio de produción).

En primeiro lugar, debes saber que as obleas que recibe a fundición do provedor (oblea de silicioprovedor) son un por un, cun radio de 200 mm (8 polgadasde fábrica) ou 300 mm (12 polgadasfábrica). Como se mostra na figura a continuación, en realidade é semellante a un bolo grande, que chamamos substrato.

Porén, non nos convén miralo deste xeito. Miramos de abaixo cara arriba e miramos a vista en sección transversal, que se converte na seguinte figura.

A continuación, vexamos como aparece o modelo CMOS. Dado que o proceso real require miles de pasos, aquí falarei dos pasos principais da oblea de 8 polgadas máis sinxela.

 

 

Facendo ben e capa de inversión:

É dicir, o pozo implántase no substrato mediante implantación de iones (implantación de iones, en diante denominada imp). Se queres facer NMOS, necesitas implantar pozos tipo P. Se queres facer PMOS, necesitas implantar pozos tipo N. Para a súa comodidade, tomemos NMOS como exemplo. A máquina de implantación iónica implanta os elementos tipo P que se van implantar no substrato a unha profundidade específica e despois quéntaos a alta temperatura no tubo do forno para activar estes ións e difundilos ao redor. Isto completa a produción do pozo. Así se ve despois de finalizar a produción.

Despois de facer o pozo, hai outros pasos de implantación de ións, cuxo propósito é controlar o tamaño da corrente da canle e a tensión límite. Todo o mundo pode chamalo capa de inversión. Se queres facer NMOS, a capa de inversión implántase con ións de tipo P, e se queres facer PMOS, a capa de inversión implántase con ións de tipo N. Despois da implantación, é o seguinte modelo.

Aquí hai moitos contidos, como a enerxía, o ángulo, a concentración de ións durante a implantación de ións, etc., que non están incluídos neste número, e creo que se sabes esas cousas, debes ser un insider, e debe ter un xeito de aprendelos.

 

Fabricación de SiO2:

O dióxido de silicio (SiO2, en adiante denominado óxido) farase máis tarde. No proceso de produción CMOS, hai moitas formas de facer óxido. Aquí, o SiO2 úsase debaixo da porta e o seu grosor afecta directamente ao tamaño da tensión de limiar e ao tamaño da corrente da canle. Polo tanto, a maioría das fundicións elixen o método de oxidación do tubo do forno coa maior calidade, o control de espesor máis preciso e a mellor uniformidade neste paso. De feito, é moi sinxelo, é dicir, nun tubo de forno con osíxeno utilízase a alta temperatura para permitir que o osíxeno e o silicio reaccionen quimicamente para xerar SiO2. Deste xeito, xérase unha fina capa de SiO2 na superficie de Si, como se mostra na figura seguinte.

Por suposto, aquí tamén hai moita información específica, como cantos graos son necesarios, canta concentración de osíxeno se necesita, canto tempo é necesaria a alta temperatura, etc. Non son o que estamos considerando agora, son demasiado específico.

Formación do extremo da porta Poly:

Pero aínda non rematou. SiO2 é só equivalente a un fío, e a porta real (Poly) aínda non comezou. Polo tanto, o noso seguinte paso é colocar unha capa de polisilicio sobre SiO2 (o polisilicio tamén está composto por un único elemento de silicio, pero a disposición da rede é diferente. Non me preguntes por que o substrato usa silicio monocristal e a porta usa polisilicio. é un libro chamado Semiconductor Physics. Podes aprender sobre iso. O poli tamén é un vínculo moi crítico no CMOS, pero o compoñente do poli é Si, e non se pode xerar por reacción directa co substrato de Si, como o crecemento de SiO2. Isto require a lendaria CVD (Chemical Vapor Deposition), que consiste en reaccionar químicamente no baleiro e precipitar o obxecto xerado na oblea. Neste exemplo, a substancia xerada é o polisilicio, e despois precipitouse na oblea (aquí teño que dicir que o poli se xera nun tubo de forno mediante CVD, polo que a xeración de poli non se fai por unha máquina CVD pura).

Pero o polisilicio formado por este método precipitarase sobre toda a oblea, e así se ve despois da precipitación.

 

Exposición de poli e SiO2:

Neste paso, a estrutura vertical que queremos foi realmente formada, con poli na parte superior, SiO2 na parte inferior e o substrato na parte inferior. Pero agora toda a oblea está así, e só necesitamos unha posición específica para ser a estrutura da "billa". Polo tanto, hai o paso máis crítico de todo o proceso: a exposición.
Primeiro estendemos unha capa de fotorresistente na superficie da oblea e queda así.

Despois pon a máscara definida (o patrón do circuíto definiuse na máscara) e, finalmente, irradia con luz dunha lonxitude de onda específica. A fotoresistencia activarase na zona irradiada. Dado que a zona bloqueada pola máscara non está iluminada pola fonte de luz, esta peza de fotorresistencia non está activada.

Dado que o fotoresist activado é particularmente fácil de eliminar mediante un líquido químico específico, mentres que o fotorresistente non activado non se pode lavar, despois da irradiación, utilízase un líquido específico para lavar o fotoresist activado, e finalmente queda así, deixando o fotorresistente onde hai que reter Poli e SiO2, e eliminando o fotorresistente onde non é necesario reter.