ნახევარგამტარული პროცესის ნაკადი

თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ ეს მაშინაც კი, თუ არასოდეს გისწავლიათ ფიზიკა ან მათემატიკა, მაგრამ ეს ცოტა მარტივია და შესაფერისია დამწყებთათვის. თუ გსურთ გაიგოთ მეტი CMOS-ის შესახებ, უნდა წაიკითხოთ ამ ნომრის შინაარსი, რადგან მხოლოდ პროცესის ნაკადის (ანუ დიოდის წარმოების პროცესის) გაგების შემდეგ შეგიძლიათ გააგრძელოთ შემდეგი შინაარსის გაგება. შემდეგ გავიგოთ, თუ როგორ იწარმოება ეს CMOS სამსხმელო კომპანიაში ამ ნომერში (არამოწინავე პროცესის მაგალითით, მოწინავე პროცესის CMOS განსხვავდება სტრუქტურით და წარმოების პრინციპით).

უპირველეს ყოვლისა, თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ ვაფლი, რომელსაც სამსხმელო იღებს მომწოდებლისგან (სილიკონის ვაფლიმომწოდებელი) არის სათითაოდ, 200 მმ რადიუსით (8 დიუმიანიქარხნული) ან 300 მმ (12 დიუმიანიქარხანა). როგორც ქვემოთ მოცემულ სურათზეა ნაჩვენები, ის რეალურად ჰგავს დიდ ნამცხვარს, რომელსაც ჩვენ სუბსტრატს ვუწოდებთ.

თუმცა, ჩვენთვის არ არის მოსახერხებელი ამის ასე შეხედვა. ჩვენ ვუყურებთ ქვემოდან ზემოთ და ვუყურებთ განივი ხედს, რომელიც ხდება შემდეგი ფიგურა.

შემდეგი, ვნახოთ, როგორ გამოჩნდება CMOS მოდელი. ვინაიდან ფაქტობრივი პროცესი ათასობით ნაბიჯს მოითხოვს, აქ ვისაუბრებ უმარტივესი 8 დიუმიანი ვაფლის ძირითად საფეხურებზე.

 

ჭაბურღილის და ინვერსიული ფენის დამზადება:
ანუ ჭაბურღილი სუბსტრატში ჩანერგილია იონის იმპლანტაციის გზით (Ion Implantation, შემდგომში მოხსენიებული, როგორც imp). თუ გსურთ NMOS-ის დამზადება, საჭიროა P- ტიპის ჭაბურღილების იმპლანტაცია. თუ გსურთ PMOS-ის დამზადება, საჭიროა N- ტიპის ჭაბურღილების იმპლანტაცია. თქვენი მოხერხებულობისთვის, მაგალითად ავიღოთ NMOS. იონური იმპლანტაციის მანქანა იმპლანტებს P- ტიპის ელემენტებს სუბსტრატში ჩასადგმელ კონკრეტულ სიღრმეზე და შემდეგ აცხელებს მათ მაღალ ტემპერატურაზე ღუმელის მილში, რათა გაააქტიუროს ეს იონები და გაავრცელოს ისინი გარშემო. ეს დაასრულებს ჭაბურღილის წარმოებას. ასე გამოიყურება წარმოების დასრულების შემდეგ.

ჭაბურღილის გაკეთების შემდეგ არსებობს იონის იმპლანტაციის სხვა საფეხურები, რომელთა მიზანია არხის დენის ზომისა და ზღვრული ძაბვის კონტროლი. ყველას შეუძლია მას უწოდოს ინვერსიის ფენა. თუ გსურთ NMOS-ის დამზადება, ინვერსიული ფენა ინერგება P-ტიპის იონებით, ხოლო თუ გსურთ გააკეთოთ PMOS, ინვერსიული ფენა იმპლანტირებულია N ტიპის იონებით. იმპლანტაციის შემდეგ, ეს არის შემდეგი მოდელი.

აქ არის ბევრი შინაარსი, როგორიცაა ენერგია, კუთხე, იონების კონცენტრაცია იონის იმპლანტაციის დროს და ა.შ., რომლებიც არ შედის ამ საკითხში და მე მჯერა, რომ თუ ეს იცი, უნდა იყო ინსაიდერი და შენ. უნდა ჰქონდეს მათი სწავლის გზა.

SiO2-ის დამზადება:
სილიციუმის დიოქსიდი (SiO2, შემდგომში ოქსიდი) დამზადდება მოგვიანებით. CMOS წარმოების პროცესში ოქსიდის მიღების მრავალი გზა არსებობს. აქ SiO2 გამოიყენება კარიბჭის ქვეშ და მისი სისქე პირდაპირ გავლენას ახდენს ზღვრული ძაბვის ზომაზე და არხის დენის ზომაზე. ამიტომ, სამსხმელების უმეტესობა ირჩევს ღუმელის მილების დაჟანგვის მეთოდს უმაღლესი ხარისხით, სისქის ყველაზე ზუსტი კონტროლით და საუკეთესო ერთგვაროვნებით ამ ეტაპზე. სინამდვილეში, ეს ძალიან მარტივია, ანუ ღუმელის მილში ჟანგბადით, მაღალი ტემპერატურა გამოიყენება ჟანგბადისა და სილიკონის ქიმიურად რეაგირებისთვის SiO2-ის წარმოქმნის მიზნით. ამ გზით, SiO2-ის თხელი ფენა წარმოიქმნება Si-ის ზედაპირზე, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

რა თქმა უნდა, აქ არის ასევე ბევრი კონკრეტული ინფორმაცია, მაგალითად, რამდენი გრადუსია საჭირო, რამდენი ჟანგბადის კონცენტრაციაა საჭირო, რამდენ ხანს სჭირდება მაღალი ტემპერატურა და ა.შ. ეს ის არ არის რასაც ახლა განვიხილავთ, ეს არის ძალიან კონკრეტული.
კარიბჭის ბოლო პოლისის ფორმირება:
მაგრამ ჯერ არ დასრულებულა. SiO2 უბრალოდ ძაფის ტოლფასია და რეალური კარიბჭე (პოლი) ჯერ არ დაწყებულა. ასე რომ, ჩვენი შემდეგი ნაბიჯი არის პოლისილიციუმის ფენის დაგება SiO2-ზე (პოლისილიციუმი ასევე შედგება ერთი სილიკონის ელემენტისგან, მაგრამ გისოსების განლაგება განსხვავებულია. არ მკითხოთ, რატომ იყენებს სუბსტრატს ერთკრისტალური სილიციუმი და კარიბჭე იყენებს პოლისილიციუმს. არის წიგნი, სახელწოდებით ნახევარგამტარული ფიზიკა, შეგიძლიათ გაიგოთ ამის შესახებ. პოლი ასევე ძალიან კრიტიკული რგოლია CMOS-ში, მაგრამ პოლი-ის კომპონენტია Si და ის არ შეიძლება წარმოიქმნას პირდაპირი რეაქციით Si სუბსტრატთან, როგორიცაა SiO2 მზარდი. ამისათვის საჭიროა ლეგენდარული CVD (Chemical Vapor Deposition), რომელიც ქიმიურად რეაგირებს ვაკუუმში და წარმოქმნილი ობიექტის დალექვას ვაფლზე. ამ მაგალითში, წარმოქმნილი ნივთიერება არის პოლისილიციუმი, და შემდეგ დალექილია ვაფლზე (აქ უნდა ვთქვა, რომ პოლი წარმოიქმნება ღუმელის მილში CVD-ით, ასე რომ, პოლის წარმოქმნა არ ხდება სუფთა CVD აპარატით).

მაგრამ ამ მეთოდით წარმოქმნილი პოლისილიციუმი მთელ ვაფლზე დაილექება და ნალექის შემდეგ ასე გამოიყურება.

პოლი და SiO2-ის ექსპოზიცია:
ამ საფეხურზე რეალურად ჩამოყალიბდა ის ვერტიკალური სტრუქტურა, რომელიც ჩვენ გვსურს, პოლი ზევით, SiO2 ქვევით და სუბსტრატი ქვევით. მაგრამ ახლა მთელი ვაფლი ასეთია და ჩვენ გვჭირდება მხოლოდ კონკრეტული პოზიცია, რომ იყოს "ონკანის" სტრუქტურა. ასე რომ, არის ყველაზე კრიტიკული ნაბიჯი მთელ პროცესში - ექსპოზიცია.
ჯერ ვაფლის ზედაპირზე ვაფენთ ფოტორეზისტის ფენას და ხდება ასე.

შემდეგ დაადეთ განსაზღვრული ნიღაბი (სქემის სქემა განსაზღვრულია ნიღაბზე) და ბოლოს დაასხივეთ იგი კონკრეტული ტალღის სიგრძის შუქით. ფოტორეზისტი გააქტიურდება დასხივებულ ზონაში. ვინაიდან ნიღბის მიერ დაბლოკილი უბანი არ არის განათებული სინათლის წყაროს მიერ, ფოტორეზისტის ეს ნაწილი არ არის გააქტიურებული.

ვინაიდან გააქტიურებული ფოტორეზისტი განსაკუთრებით ადვილად ირეცხება კონკრეტული ქიმიური სითხით, ხოლო გაუაქტიურებელი ფოტორეზისტი ვერ ჩამოირეცხება, დასხივების შემდეგ გამოიყენება სპეციფიური სითხე გააქტიურებული ფოტორეზისტის გასარეცხად და საბოლოოდ ხდება ასე და ტოვებს ფოტორეზისტი სადაც საჭიროა Poly და SiO2 შენახვა და ფოტორეზისტის ამოღება იქ სადაც არ არის საჭირო.