זרימת תהליך מוליכים למחצה

אתה יכול להבין את זה גם אם מעולם לא למדת פיזיקה או מתמטיקה, אבל זה קצת פשוט מדי ומתאים למתחילים. אם אתה רוצה לדעת יותר על CMOS, עליך לקרוא את התוכן של גיליון זה, כי רק לאחר הבנת זרימת התהליך (כלומר, תהליך הייצור של הדיודה) תוכל להמשיך ולהבין את התוכן הבא. אז בואו נלמד כיצד מייצרים את ה-CMOS הזה בחברת היציקה בגיליון זה (אם ניקח לדוגמא תהליך לא מתקדם, ה-CMOS של תהליך מתקדם שונה במבנה ובעקרון הייצור).

קודם כל, עליכם לדעת שהוופלים שהיציקה מקבלת מהספק (פרוסות סיליקוןספק) הם אחד אחד, עם רדיוס של 200 מ"מ (8 אינץ'מפעל) או 300 מ"מ (12 אינץ'מִפְעָל). כפי שמוצג באיור למטה, היא למעשה דומה לעוגה גדולה, שאנו קוראים לה מצע.

עם זאת, לא נוח לנו להסתכל על זה כך. אנו מסתכלים מלמטה למעלה ומתבוננים בתצוגת החתך, שהופכת לדמות הבאה.

לאחר מכן, בואו נראה כיצד דגם ה-CMOS מופיע. מכיוון שהתהליך בפועל דורש אלפי שלבים, אדבר כאן על השלבים העיקריים של פרוסית 8 אינץ' הפשוטה ביותר.

 

יצירת טוב ושכבת היפוך:
כלומר, הבאר מושתלת לתוך המצע על ידי השתלת יונים (Ion Implantation, להלן imp). אם אתה רוצה ליצור NMOS, אתה צריך להשתיל בארות מסוג P. אם אתה רוצה לעשות PMOS, אתה צריך להשתיל בארות מסוג N. לנוחיותך, ניקח את NMOS כדוגמה. מכונת השתלת היונים משתילה את האלמנטים מסוג P שיושתלו במצע לעומק מסוים, ולאחר מכן מחממת אותם בטמפרטורה גבוהה בצינור התנור כדי להפעיל את היונים הללו ולפזר אותם מסביב. זה משלים את ייצור הבאר. כך זה נראה לאחר סיום ההפקה.

לאחר יצירת הבאר, ישנם שלבי השתלת יונים נוספים, שמטרתם לשלוט בגודל זרם הערוץ ומתח הסף. כל אחד יכול לקרוא לזה שכבת ההיפוך. אם אתה רוצה לעשות NMOS, בשכבת ההיפוך מושתלים יונים מסוג P, ואם רוצים ליצור PMOS, בשכבת ההיפוך מושתלים יונים מסוג N. לאחר ההשתלה, זהו הדגם הבא.

יש כאן הרבה תכנים, כמו האנרגיה, הזווית, ריכוז היונים בזמן השתלת יונים וכו', שאינם כלולים בגיליון הזה, ואני מאמין שאם אתה יודע את הדברים אתה חייב להיות פנימי, ואתה חייבת להיות דרך ללמוד אותם.

יצירת SiO2:
סיליקון דו חמצני (SiO2, להלן תחמוצת) ייוצר מאוחר יותר. בתהליך הייצור של CMOS, ישנן דרכים רבות ליצור תחמוצת. כאן נעשה שימוש ב-SiO2 מתחת לשער, ועוביו משפיע ישירות על גודל מתח הסף וגודל זרם הערוץ. לכן, מרבית בתי היציקה בוחרות בשלב זה בשיטת חמצון צינור התנור באיכות הגבוהה ביותר, בקרת העובי המדויקת ביותר והאחידות הטובה ביותר. למעשה, זה מאוד פשוט, כלומר, בצינור תנור עם חמצן, משתמשים בטמפרטורה גבוהה כדי לאפשר לחמצן ולסיליקון להגיב כימית ליצירת SiO2. בדרך זו, שכבה דקה של SiO2 נוצרת על פני השטח של Si, כפי שמוצג באיור למטה.

כמובן, יש כאן גם הרבה מידע ספציפי, כמו כמה מעלות צריך, כמה ריכוז חמצן צריך, כמה זמן צריך הטמפרטורה הגבוהה וכו'. זה לא מה שאנחנו שוקלים עכשיו, אלה הם ספציפי מדי.
היווצרות פולי קצה שער:
אבל זה עדיין לא נגמר. SiO2 הוא רק שווה ערך לחוט, והשער האמיתי (פולי) עדיין לא התחיל. אז השלב הבא שלנו הוא להניח שכבה של פוליסיליקון על SiO2 (פוליסיליקון מורכב גם מאלמנט סיליקון בודד, אבל סידור הסריג שונה. אל תשאלו אותי למה המצע משתמש בסיליקון קריסטל יחיד והשער משתמש בפוליסיליקון. יש הוא ספר שנקרא פיסיקה מוליכים למחצה אתה יכול ללמוד על זה. זה מביך. פולי הוא גם קישור קריטי מאוד ב-CMOS, אבל המרכיב של הפולי הוא Si, ולא ניתן ליצור אותו על ידי תגובה ישירה עם מצע Si כמו גידול SiO2. זה דורש את ה-CVD (Chemical Vapor Deposition) האגדי, שנועד להגיב כימית בוואקום ולהזרים את האובייקט שנוצר על גבי הוואפר. בדוגמה זו, החומר הנוצר הוא פוליסיליקון, ולאחר מכן מושקע על גבי הוואפר (כאן אני חייב לומר שפולי נוצר בצינור תנור על ידי CVD, כך שיצירת הפולי לא מתבצעת על ידי מכונת CVD טהורה).

אבל הפוליסיליקון שנוצר בשיטה זו יושקע על כל הפרוסה, וזה נראה כך לאחר המשקעים.

חשיפה של Poly ו- SiO2:
בשלב זה נוצר למעשה המבנה האנכי שאנו רוצים, עם פולי בחלק העליון, SiO2 בתחתית, והמצע בתחתית. אבל עכשיו כל הפרוסה היא כזו, ואנחנו צריכים רק מיקום ספציפי כדי להיות מבנה ה"ברז". אז יש את השלב הכי קריטי בכל התהליך - חשיפה.
קודם כל מורחים שכבה של פוטו-רזיסט על פני הוופל, וזה הופך להיות ככה.

לאחר מכן הניחו עליה את המסכה המוגדרת (תבנית המעגל הוגדרה על המסכה), ולבסוף הקרינו אותה באור באורך גל מסוים. הפוטו-רזיסט יופעל באזור המוקרן. מכיוון שהאזור שנחסם על ידי המסכה אינו מואר על ידי מקור האור, חתיכת פוטו-רזיסט זו אינה מופעלת.

מכיוון שקל במיוחד לשטוף את הפוטו רזיסט המופעל על ידי נוזל כימי ספציפי, בעוד שהפוטו רזיסט הלא מופעל לא ניתן לשטיפה, לאחר הקרנה, משתמשים בנוזל ספציפי כדי לשטוף את הפוטו רזיסט המופעל, ולבסוף הוא הופך להיות כך, ומשאיר את photoresist היכן שצריך לשמור על Poly ו- SiO2, והסרת הפוטורסיסט במקום שבו אין צורך לשמור אותו.