Aliran proses semikonduktor

Anda boleh memahaminya walaupun anda tidak pernah belajar fizik atau matematik, tetapi ia agak terlalu mudah dan sesuai untuk pemula. Jika anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang CMOS, anda perlu membaca kandungan isu ini, kerana selepas memahami aliran proses (iaitu proses pengeluaran diod) anda boleh terus memahami kandungan berikut. Kemudian mari kita belajar tentang bagaimana CMOS ini dihasilkan di syarikat faundri dalam isu ini (mengambil proses tidak lanjutan sebagai contoh, CMOS proses lanjutan adalah berbeza dalam struktur dan prinsip pengeluaran).

Pertama sekali, anda mesti tahu bahawa wafer yang diperolehi oleh foundry daripada pembekal (wafer silikonpembekal) adalah satu demi satu, dengan jejari 200mm (8 incikilang) atau 300mm (12 incikilang). Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, ia sebenarnya serupa dengan kek besar, yang kita panggil substrat.

Walau bagaimanapun, adalah tidak mudah untuk kita melihatnya dengan cara ini. Kami melihat dari bawah ke atas dan melihat pandangan keratan rentas, yang menjadi angka berikut.

Seterusnya, mari lihat bagaimana model CMOS muncul. Memandangkan proses sebenar memerlukan beribu-ribu langkah, saya akan bercakap tentang langkah-langkah utama wafer 8 inci yang paling mudah di sini.

 

 

Membuat Baik dan Lapisan Penyongsangan:

Iaitu, telaga ditanam ke dalam substrat melalui implantasi ion (Ion Implantation, selepas ini dirujuk sebagai imp). Jika anda ingin membuat NMOS, anda perlu menanam telaga jenis P. Jika anda ingin membuat PMOS, anda perlu menanam telaga jenis N. Untuk kemudahan anda, mari kita ambil NMOS sebagai contoh. Mesin implantasi ion menanam unsur-unsur jenis P untuk ditanam ke dalam substrat pada kedalaman tertentu, dan kemudian memanaskannya pada suhu tinggi dalam tiub relau untuk mengaktifkan ion ini dan meresapkannya ke sekeliling. Ini melengkapkan pengeluaran telaga. Beginilah rupanya selepas pengeluaran selesai.

Selepas membuat telaga, terdapat langkah-langkah implantasi ion lain, tujuannya adalah untuk mengawal saiz arus saluran dan voltan ambang. Semua orang boleh memanggilnya lapisan penyongsangan. Jika anda ingin membuat NMOS, lapisan penyongsangan ditanam dengan ion jenis P, dan jika anda ingin membuat PMOS, lapisan penyongsangan ditanam dengan ion jenis N. Selepas implantasi, ia adalah model berikut.

Terdapat banyak kandungan di sini, seperti tenaga, sudut, kepekatan ion semasa implantasi ion, dsb., yang tidak termasuk dalam isu ini, dan saya percaya bahawa jika anda mengetahui perkara itu, anda mesti menjadi orang dalam, dan anda mesti ada cara untuk mempelajarinya.

 

Membuat SiO2:

Silikon dioksida (SiO2, selepas ini dirujuk sebagai oksida) akan dibuat kemudian. Dalam proses pengeluaran CMOS, terdapat banyak cara untuk membuat oksida. Di sini, SiO2 digunakan di bawah pintu, dan ketebalannya secara langsung mempengaruhi saiz voltan ambang dan saiz arus saluran. Oleh itu, kebanyakan faundri memilih kaedah pengoksidaan tiub relau dengan kualiti tertinggi, kawalan ketebalan paling tepat, dan keseragaman terbaik pada langkah ini. Malah, ia sangat mudah, iaitu, dalam tiub relau dengan oksigen, suhu tinggi digunakan untuk membolehkan oksigen dan silikon bertindak balas secara kimia untuk menghasilkan SiO2. Dengan cara ini, lapisan nipis SiO2 terhasil pada permukaan Si, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Sudah tentu, terdapat juga banyak maklumat khusus di sini, seperti berapa darjah yang diperlukan, berapa banyak kepekatan oksigen yang diperlukan, berapa lama suhu tinggi diperlukan, dan lain-lain. Ini bukan perkara yang kita pertimbangkan sekarang, itu adalah terlalu spesifik.

Pembentukan Poli hujung pintu:

Tetapi ia masih belum berakhir. SiO2 hanya bersamaan dengan benang, dan gerbang sebenar (Poly) belum bermula lagi. Jadi langkah seterusnya ialah meletakkan lapisan polysilicon pada SiO2 (polysilicon juga terdiri daripada unsur silikon tunggal, tetapi susunan kekisi adalah berbeza. Jangan tanya saya mengapa substrat menggunakan silikon kristal tunggal dan pintu menggunakan polysilicon. Di sana adalah sebuah buku bernama Semiconductor Physics Anda boleh belajar tentangnya. Poli juga merupakan pautan yang sangat kritikal dalam CMOS, tetapi komponen poli ialah Si, dan ia tidak boleh dihasilkan melalui tindak balas langsung dengan substrat Si seperti SiO2 yang semakin meningkat. Ini memerlukan CVD legenda (Chemical Vapor Deposition), iaitu bertindak balas secara kimia dalam vakum dan mendakan objek yang dijana pada wafer. Dalam contoh ini, bahan yang dihasilkan adalah polysilicon, dan kemudian dimendakan pada wafer (di sini saya perlu mengatakan bahawa poli dijana dalam tiub relau oleh CVD, jadi penjanaan poli tidak dilakukan oleh mesin CVD tulen).

Tetapi polysilicon yang terbentuk melalui kaedah ini akan dimendakkan pada keseluruhan wafer, dan ia kelihatan seperti ini selepas pemendakan.

 

Pendedahan Poli dan SiO2:

Pada langkah ini, struktur menegak yang kita inginkan sebenarnya telah terbentuk, dengan poli di bahagian atas, SiO2 di bahagian bawah, dan substrat di bahagian bawah. Tetapi kini keseluruhan wafer adalah seperti ini, dan kita hanya memerlukan kedudukan tertentu untuk menjadi struktur "keran". Jadi terdapat langkah paling kritikal dalam keseluruhan proses - pendedahan.
Kami mula-mula menyebarkan lapisan photoresist pada permukaan wafer, dan ia menjadi seperti ini.

Kemudian letakkan topeng yang ditakrifkan (corak litar telah ditakrifkan pada topeng) di atasnya, dan akhirnya memancarkannya dengan cahaya panjang gelombang tertentu. Photoresist akan diaktifkan di kawasan yang disinari. Memandangkan kawasan yang disekat oleh topeng tidak diterangi oleh sumber cahaya, sekeping photoresist ini tidak diaktifkan.

Memandangkan photoresist yang diaktifkan amat mudah dihanyutkan oleh cecair kimia tertentu, manakala photoresist yang tidak diaktifkan tidak boleh dihanyutkan, selepas penyinaran, cecair tertentu digunakan untuk membasuh photoresist yang diaktifkan, dan akhirnya ia menjadi seperti ini, meninggalkan photoresist di mana Poly dan SiO2 perlu dikekalkan, dan mengeluarkan photoresist di mana ia tidak perlu dikekalkan.