Potek polprevodniškega procesa

Lahko ga razumete tudi, če niste nikoli študirali fizike ali matematike, vendar je nekoliko preveč preprost in primeren za začetnike. Če želite izvedeti več o CMOS-u, morate prebrati vsebino te številke, saj šele po razumevanju poteka procesa (to je proizvodnega procesa diode) lahko nadaljujete z razumevanjem naslednje vsebine. Nato se naučimo, kako se ta CMOS proizvaja v livarskem podjetju v tej številki (če vzamemo za primer nenapreden proces, je CMOS naprednega postopka drugačen po strukturi in proizvodnem principu).

Najprej morate vedeti, da rezine, ki jih livarna dobi od dobavitelja (silikonska rezinadobavitelj) so ena za drugo, s polmerom 200 mm (8-palčnitovarniško) ali 300 mm (12-palčnitovarna). Kot je prikazano na spodnji sliki, je pravzaprav podoben veliki torti, ki ji pravimo substrat.

Vendar nam ni priročno, da na to gledamo tako. Pogledamo od spodaj navzgor in pogledamo prečni prerez, ki postane naslednja slika.

Nato si poglejmo, kako izgleda model CMOS. Ker dejanski postopek zahteva na tisoče korakov, bom tukaj govoril o glavnih korakih najpreprostejše 8-palčne rezine.

 

 

Izdelava vodnjaka in inverzijske plasti:

To pomeni, da je jamica implantirana v podlago z ionsko implantacijo (Ion Implantation, v nadaljevanju imp). Če želite izdelati NMOS, morate vsaditi vdolbinice tipa P. Če želite narediti PMOS, morate vsaditi vdolbinice tipa N. Za vaše udobje vzemimo za primer NMOS. Stroj za ionsko implantacijo implantira elemente tipa P, ki jih je treba implantirati v substrat, na določeno globino in jih nato segreje pri visoki temperaturi v cevi peči, da aktivira te ione in jih razprši naokoli. S tem je izdelava vodnjaka zaključena. Takole izgleda po končani izdelavi.

Po izdelavi vdolbinice sledijo drugi koraki ionske implantacije, katerih namen je nadzorovati velikost kanalskega toka in mejno napetost. Vsakdo ga lahko imenuje inverzijska plast. Če želite narediti NMOS, je inverzijska plast implantirana z ioni tipa P, če želite narediti PMOS, je inverzijska plast implantirana z ioni tipa N. Po implantaciji je naslednji model.

Tukaj je veliko vsebin, kot so energija, kot, koncentracija ionov med ionsko implantacijo itd., ki niso vključene v to številko, in verjamem, da če poznate te stvari, morate biti poznavalec in mora imeti način, kako se jih naučiti.

 

Izdelava SiO2:

Silicijev dioksid (SiO2, v nadaljevanju oksid) bo izdelan kasneje. V proizvodnem procesu CMOS obstaja veliko načinov za izdelavo oksida. Tukaj se pod vrati uporablja SiO2, njegova debelina pa neposredno vpliva na velikost mejne napetosti in velikost toka kanala. Zato večina livarn izbere metodo oksidacije cevi v peči z najvišjo kakovostjo, najnatančnejšim nadzorom debeline in najboljšo enakomernostjo v tem koraku. Pravzaprav je zelo preprosto, to je, da se v cevi peči s kisikom uporablja visoka temperatura, ki omogoča kemično reakcijo kisika in silicija, da nastane SiO2. Na ta način se na površini Si ustvari tanka plast SiO2, kot je prikazano na spodnji sliki.

Seveda je tukaj tudi veliko specifičnih informacij, na primer koliko stopinj je potrebnih, kolikšna koncentracija kisika je potrebna, kako dolgo je potrebna visoka temperatura itd. Teh zdaj ne obravnavamo, ampak preveč specifičen.

Oblikovanje vratnega konca Poly:

Vendar še ni konec. SiO2 je enakovreden niti, prava vrata (Poly) pa se še niso začela. Naš naslednji korak je torej položiti plast polisilicija na SiO2 (tudi polisilicij je sestavljen iz enega silicijevega elementa, vendar je razporeditev mreže drugačna. Ne sprašujte me, zakaj substrat uporablja monokristalni silicij in vrata polisilicij. je knjiga z naslovom Semiconductor Physics. Lahko se naučite o tem ~). Poli je tudi zelo kritična povezava v CMOS, vendar je komponenta poli Si in ga ni mogoče ustvariti z neposredno reakcijo s substratom Si, kot je rast SiO2. To zahteva legendarni CVD (Chemical Vapor Deposition), ki naj bi kemično reagiral v vakuumu in oboril ustvarjeni predmet na rezini. V tem primeru je ustvarjena snov polisilicij, ki se nato obori na rezini (tukaj moram reči, da poli nastaja v cevi peči s CVD, tako da ustvarjanja poli ne izvaja čisti stroj CVD).

Toda polisilicij, ki nastane s to metodo, se bo oboril na celotni rezini in po obarjanju je videti tako.

 

Izpostavljenost Poli in SiO2:

V tem koraku je dejansko oblikovana vertikalna struktura, ki jo želimo, s poli na vrhu, SiO2 na dnu in substratom na dnu. Toda zdaj je cela rezina taka in potrebujemo le določen položaj, ki bo struktura "pipe". Torej obstaja najbolj kritičen korak v celotnem procesu - izpostavljenost.
Na površino rezine najprej namažemo plast fotorezista in nastane takole.

Nato nanjo položite definirano masko (na maski je definiran vzorec vezja) in jo na koncu obsujte s svetlobo določene valovne dolžine. Fotorezist se bo aktiviral na obsevanem območju. Ker območje, ki ga blokira maska, ni osvetljeno z virom svetlobe, se ta kos fotorezista ne aktivira.

Ker je aktiviran fotorezist še posebej enostavno izpirati s posebno kemično tekočino, medtem ko neaktiviranega fotorezista ni mogoče sprati, se po obsevanju uporabi posebna tekočina, da se izpere aktivirani fotorezist in na koncu postane tako, da ostane fotorezist, kjer je treba zadržati poli in SiO2, in odstranitev fotorezista, kjer ga ni treba zadržati.