Procesný tok polovodičov

Pochopíte to, aj keď ste nikdy neštudovali fyziku alebo matematiku, ale je to trochu príliš jednoduché a vhodné pre začiatočníkov. Ak sa chcete o CMOS dozvedieť viac, musíte si prečítať obsah tohto čísla, pretože až po pochopení toku procesu (čiže výrobného procesu diódy) môžete pokračovať v pochopení nasledujúceho obsahu. Potom sa pozrime na to, ako sa tento CMOS vyrába v zlievárenskej spoločnosti v tomto čísle (ak vezmeme ako príklad nepokročilý proces, CMOS pokročilého procesu sa líši štruktúrou a princípom výroby).

V prvom rade musíte vedieť, že oblátky, ktoré zlievareň dostane od dodávateľa (kremíkový plátokdodávateľ) sú jeden po druhom, s polomerom 200 mm (8-palcovýtováreň) alebo 300 mm (12-palcovýtováreň). Ako je znázornené na obrázku nižšie, je to v skutočnosti podobné veľkému koláču, ktorý nazývame substrát.

Nehodí sa nám však pozerať sa na to takto. Pozeráme sa zdola nahor a pozrieme sa na pohľad v reze, ktorý sa zmení na nasledujúci obrázok.

Ďalej sa pozrime, ako vyzerá model CMOS. Pretože skutočný proces vyžaduje tisíce krokov, budem tu hovoriť o hlavných krokoch najjednoduchšieho 8-palcového plátku.

 

 

Studňa a inverzná vrstva:

To znamená, že jamka je implantovaná do substrátu iónovou implantáciou (Ion Implantation, ďalej označovaná ako imp). Ak chcete vyrobiť NMOS, musíte implantovať jamky typu P. Ak chcete vyrobiť PMOS, musíte implantovať jamky typu N. Pre vaše pohodlie si zoberme NMOS ako príklad. Iónový implantačný stroj implantuje prvky typu P, ktoré sa majú implantovať do substrátu, do špecifickej hĺbky a potom ich zahrieva na vysokú teplotu v rúre pece, aby sa tieto ióny aktivovali a rozptyľovali okolo. Tým je výroba studne dokončená. Takto to vyzerá po dokončení výroby.

Po vytvorení studne existujú ďalšie kroky implantácie iónov, ktorých účelom je kontrolovať veľkosť kanálového prúdu a prahového napätia. Každý to môže nazvať inverzná vrstva. Ak chcete vytvoriť NMOS, inverzná vrstva je implantovaná iónmi typu P a ak chcete vytvoriť PMOS, inverzná vrstva je implantovaná iónmi typu N. Po implantácii je to nasledujúci model.

Je tu veľa obsahov, ako je energia, uhol, koncentrácia iónov počas implantácie iónov atď., ktoré nie sú zahrnuté v tomto čísle a verím, že ak tieto veci poznáte, musíte byť zasvätený a musí mať spôsob, ako sa ich naučiť.

 

Výroba SiO2:

Oxid kremičitý (Si02, ďalej len oxid) sa vyrobí neskôr. V procese výroby CMOS existuje veľa spôsobov, ako vyrobiť oxid. Tu je SiO2 použitý pod bránou a jeho hrúbka priamo ovplyvňuje veľkosť prahového napätia a veľkosť kanálového prúdu. Preto väčšina zlievarní volí metódu oxidácie rúr pece s najvyššou kvalitou, najpresnejšou kontrolou hrúbky a najlepšou rovnomernosťou v tomto kroku. V skutočnosti je to veľmi jednoduché, to znamená, že v rúre pece s kyslíkom sa používa vysoká teplota, aby kyslík a kremík mohli chemicky reagovať za vzniku SiO2. Týmto spôsobom sa na povrchu Si vytvorí tenká vrstva Si02, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Samozrejme, je tu aj veľa konkrétnych informácií, napríklad koľko stupňov je potrebných, aká je potrebná koncentrácia kyslíka, ako dlho je potrebná vysoká teplota atď. príliš špecifické.

Formovanie konca brány Poly:

Ale ešte nie je koniec. SiO2 je len ekvivalentom vlákna a skutočná brána (Poly) ešte nezačala. Takže náš ďalší krok je položiť vrstvu polysilikónu na SiO2 (polysilikón je tiež zložený z jediného kremíkového prvku, ale usporiadanie mriežky je iné. Nepýtajte sa ma, prečo substrát používa monokryštálový kremík a hradlo polysilikón. Tam je kniha s názvom Fyzika polovodičov. Je to trápne~). Poly je tiež veľmi kritickým článkom v CMOS, ale zložkou poly je Si a nemôže byť generovaný priamou reakciou so substrátom Si, ako je rastúci SiO2. Na to je potrebné legendárne CVD (Chemical Vapour Deposition), ktoré má vo vákuu chemicky reagovať a vyzrážať vytvorený predmet na doštičke. V tomto príklade je vygenerovanou látkou polysilikón a potom sa vyzráža na plátku (tu musím povedať, že poly sa generuje v rúre pece pomocou CVD, takže generovanie poly nie je vykonávané čistým CVD strojom).

Ale polykremík vytvorený touto metódou sa vyzráža na celom plátku a po vyzrážaní to vyzerá takto.

 

Expozícia Poly a SiO2:

V tomto kroku sa skutočne vytvorila vertikálna štruktúra, ktorú chceme, s poly na vrchu, SiO2 na spodku a substrátom na spodku. Ale teraz je celá oblátka takáto a potrebujeme iba konkrétnu pozíciu, ktorá bude štruktúrou "faucetu". Takže je tu najdôležitejší krok v celom procese - expozícia.
Najprv nanesieme vrstvu fotorezistu na povrch oblátky a stane sa to takto.

Potom naň nasaďte definovanú masku (obvodový vzor bol definovaný na maske) a nakoniec ju ožiarte svetlom špecifickej vlnovej dĺžky. Fotorezist sa aktivuje v ožiarenej oblasti. Keďže oblasť blokovaná maskou nie je osvetlená zdrojom svetla, tento kus fotorezistu nie je aktivovaný.

Keďže aktivovaný fotorezist sa dá obzvlášť ľahko zmyť špecifickou chemickou kvapalinou, zatiaľ čo neaktivovaný fotorezist sa zmyť nedá, po ožiarení sa na zmytie aktivovaného fotorezistu použije špecifická kvapalina a nakoniec sa to stane takto, pričom fotorezist tam, kde je potrebné zachovať Poly a SiO2, a odstránenie fotorezistu tam, kde ho zadržiavať netreba.