Ang daloy ng proseso ng semiconductor

Maiintindihan mo ito kahit na hindi ka pa nag-aral ng pisika o matematika, ngunit ito ay medyo napakasimple at angkop para sa mga nagsisimula. Kung nais mong malaman ang higit pa tungkol sa CMOS, kailangan mong basahin ang nilalaman ng isyung ito, dahil pagkatapos lamang maunawaan ang daloy ng proseso (iyon ay, ang proseso ng paggawa ng diode) maaari mong patuloy na maunawaan ang sumusunod na nilalaman. Pagkatapos ay alamin natin kung paano ginawa ang CMOS na ito sa kumpanya ng pandayan sa isyung ito (pagkuha ng hindi advanced na proseso bilang isang halimbawa, ang CMOS ng advanced na proseso ay naiiba sa istraktura at prinsipyo ng produksyon).

Una sa lahat, dapat mong malaman na ang mga wafer na nakukuha ng pandayan mula sa supplier (ostiya ng silikonsupplier) ay isa-isa, na may radius na 200mm (8-pulgadapabrika) o 300mm (12-pulgadapabrika). Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, ito ay talagang katulad ng isang malaking cake, na tinatawag naming isang substrate.

Gayunpaman, hindi maginhawa para sa amin na tingnan ito sa ganitong paraan. Tumingin kami mula sa ibaba pataas at tumitingin sa cross-sectional view, na nagiging sumusunod na figure.

Susunod, tingnan natin kung paano lumilitaw ang modelo ng CMOS. Dahil ang aktwal na proseso ay nangangailangan ng libu-libong hakbang, magsasalita ako tungkol sa mga pangunahing hakbang ng pinakasimpleng 8-pulgada na wafer dito.

 

 

Paggawa ng Mahusay at Inversion Layer:

Iyon ay, ang balon ay itinanim sa substrate sa pamamagitan ng ion implantation (Ion Implantation, pagkatapos ay tinutukoy bilang imp). Kung gusto mong gumawa ng NMOS, kailangan mong magtanim ng mga P-type na balon. Kung gusto mong gumawa ng PMOS, kailangan mong magtanim ng mga N-type na balon. Para sa iyong kaginhawaan, kunin natin ang NMOS bilang isang halimbawa. Ang ion implantation machine ay nagtatanim ng mga elemento ng P-type na ilalagay sa substrate sa isang tiyak na lalim, at pagkatapos ay pinapainit ang mga ito sa mataas na temperatura sa furnace tube upang maisaaktibo ang mga ion na ito at ikalat ang mga ito sa paligid. Kinukumpleto nito ang paggawa ng balon. Ito ang hitsura pagkatapos makumpleto ang produksyon.

Pagkatapos gawin ang balon, may iba pang mga hakbang sa pagtatanim ng ion, ang layunin nito ay upang makontrol ang laki ng kasalukuyang channel at boltahe ng threshold. Matatawag itong inversion layer ng lahat. Kung gusto mong gumawa ng NMOS, ang inversion layer ay itinatanim ng mga P-type ions, at kung gusto mong gumawa ng PMOS, ang inversion layer ay itinatanim ng mga N-type ions. Pagkatapos ng pagtatanim, ito ang sumusunod na modelo.

Mayroong maraming mga nilalaman dito, tulad ng enerhiya, anggulo, konsentrasyon ng ion sa panahon ng pagtatanim ng ion, atbp., na hindi kasama sa isyung ito, at naniniwala ako na kung alam mo ang mga bagay na iyon, dapat kang maging isang tagaloob, at ikaw. dapat magkaroon ng paraan upang matutunan ang mga ito.

 

Paggawa ng SiO2:

Ang Silicon dioxide (SiO2, pagkatapos ay tinutukoy bilang oxide) ay gagawin mamaya. Sa proseso ng produksyon ng CMOS, maraming paraan upang makagawa ng oxide. Dito, ang SiO2 ay ginagamit sa ilalim ng gate, at ang kapal nito ay direktang nakakaapekto sa laki ng boltahe ng threshold at ang laki ng kasalukuyang channel. Samakatuwid, pinipili ng karamihan sa mga foundry ang furnace tube oxidation method na may pinakamataas na kalidad, ang pinakatumpak na kontrol sa kapal, at ang pinakamahusay na pagkakapareho sa hakbang na ito. Sa katunayan, ito ay napaka-simple, iyon ay, sa isang furnace tube na may oxygen, ang mataas na temperatura ay ginagamit upang payagan ang oxygen at silikon na mag-react ng kemikal upang makabuo ng SiO2. Sa ganitong paraan, ang isang manipis na layer ng SiO2 ay nabuo sa ibabaw ng Si, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba.

Siyempre, marami ring tiyak na impormasyon dito, tulad ng kung gaano karaming mga degree ang kailangan, kung gaano karaming konsentrasyon ng oxygen ang kailangan, kung gaano katagal kailangan ang mataas na temperatura, atbp. Hindi ito ang isinasaalang-alang natin ngayon, iyon ay masyadong tiyak.

Pagbubuo ng gate end Poly:

Pero hindi pa tapos. Ang SiO2 ay katumbas lamang ng isang thread, at ang tunay na gate (Poly) ay hindi pa nagsisimula. Kaya ang susunod nating hakbang ay ang paglalagay ng isang layer ng polysilicon sa SiO2 (ang polysilicon ay binubuo din ng isang solong elemento ng silikon, ngunit iba ang pagkakaayos ng sala-sala. Huwag mo akong tanungin kung bakit ang substrate ay gumagamit ng solong kristal na silikon at ang gate ay gumagamit ng polysilicon. Doon ay isang libro na tinatawag na Semiconductor Physics maaari mong malaman ang tungkol dito. Ang Poly ay isa ring napakakritikal na link sa CMOS, ngunit ang bahagi ng poly ay Si, at hindi ito mabubuo ng direktang reaksyon sa Si substrate tulad ng lumalaking SiO2. Nangangailangan ito ng maalamat na CVD (Chemical Vapor Deposition), na kung saan ay upang mag-react ng kemikal sa isang vacuum at namuo ang nabuong bagay sa wafer. Sa halimbawang ito, ang nabuong sangkap ay polysilicon, at pagkatapos ay namuo sa wafer (dito kailangan kong sabihin na ang poly ay nabuo sa isang furnace tube sa pamamagitan ng CVD, kaya ang henerasyon ng poly ay hindi ginagawa ng isang purong CVD machine).

Ngunit ang polysilicon na nabuo sa pamamaraang ito ay mauuna sa buong ostiya, at ganito ang hitsura pagkatapos ng pag-ulan.

 

Exposure ng Poly at SiO2:

Sa hakbang na ito, ang patayong istraktura na gusto natin ay aktwal na nabuo, na may poly sa itaas, SiO2 sa ibaba, at ang substrate sa ibaba. Ngunit ngayon ang buong ostiya ay ganito, at kailangan lang namin ng isang tiyak na posisyon upang maging istraktura ng "gripo". Kaya mayroong pinakamahalagang hakbang sa buong proseso - pagkakalantad.
Una naming ikinakalat ang isang layer ng photoresist sa ibabaw ng wafer, at ito ay nagiging ganito.

Pagkatapos ay ilagay ang tinukoy na maskara (ang pattern ng circuit ay tinukoy sa maskara) dito, at sa wakas ay i-irradiate ito ng liwanag ng isang tiyak na haba ng daluyong. Ang photoresist ay magiging aktibo sa irradiated area. Dahil ang lugar na na-block ng maskara ay hindi iluminado ng ilaw na pinagmumulan, ang piraso ng photoresist na ito ay hindi isinaaktibo.

Dahil ang activated photoresist ay partikular na madaling mahugasan ng isang partikular na kemikal na likido, habang ang hindi aktibo na photoresist ay hindi maaaring hugasan, pagkatapos ng pag-iilaw, isang tiyak na likido ang ginagamit upang hugasan ang activated photoresist, at sa wakas ito ay nagiging ganito, na iniiwan ang photoresist kung saan kailangang panatilihin ang Poly at SiO2, at alisin ang photoresist kung saan hindi ito kailangang panatilihin.