CMOS tranzistoriaus gamybos procesas

Buvo epocha, kai kompiuteriai buvo tokio dydžio mamuto, kad juos įdiegiant lengvai reikėjo vietos kambaryje. Tačiau šiandien jie yra taip išvystyti, kad net galime juos lengvai nešiotis kaip užrašų knygutes. Tai pavertusi naujovė buvo integruotų grandinių koncepcija. Į Integriniai grandynai , daug aktyvių ir pasyvūs elementai kartu su jų jungtimis yra sukurta per mažą silicio plokštelę, kurios skerspjūvis paprastai yra 50-50 milų. Pagrindiniai procesai, kurių buvo imtasi gaminant tokias grandines, apima epitaksinį augimą, užmaskuotą priemaišų difuziją, oksidų augimą ir oksido ėsdinimą, naudojant fotolitografiją modelio sudarymui.

Plokštės komponentai yra rezistoriai, tranzistoriai, diodai, kondensatoriai ir tt. Sudėtingiausias elementas, gaminamas per IC, yra tranzistoriai. Transistoriai yra įvairių tipų pvz., CMOS, BJT, FET. Mes pasirenkame tranzistorių technologijos tipą, kuris bus įgyvendinamas per IC, atsižvelgiant į reikalavimus. Šiame straipsnyje susipažinkime su CMOS gamyba (arba) tranzistorių kaip CMOS gamyba.

CMOS gamyba

Dėl mažesnio energijos išsklaidymo reikalavimo CMOS technologija naudojamas tranzistoriams įgyvendinti. Jei mums reikalinga greitesnė grandinė, tada tranzistoriai yra įdiegti IC naudojant BJT . Gamyba CMOS tranzistoriai nes IC galima atlikti trimis skirtingais metodais.

„N-well“ / „P-well“ technologija, kai n tipo difuzija atliekama virš p tipo substrato arba p tipo difuzija atliekama atitinkamai per n tipo substratą.

The Dviejų šulinių technologija , kur NMOS ir PMOS tranzistorius yra sukurtos per plokštelę tuo pačiu metu difuzijos būdu virš epitaksinio augimo pagrindo, o ne substrato.

„Silicon On Insulator“ procesas, kai vietoj silicio kaip pagrindo naudojama izoliatoriaus medžiaga, siekiant pagerinti greitį ir atsparumą užfiksavimui.

N- šulinio / P- šulinio technologija

CMOS galima gauti integruojant abu NMOS ir PMOS tranzistoriai per tą pačią silicio plokštelę. N-šulinių technologijoje n-tipo šulinys yra difuzinis ant p-tipo pagrindo, o P-duobėje - atvirkščiai.

CMOS gamybos žingsniai

The CMOS gamybos procesas tekėti atliekamas naudojant dvidešimt pagrindinių gamybos etapų, o gaminamas naudojant N- / P-well technologiją.

CMOS kūrimas naudojant N šulinį

1 žingsnis: Pirmiausia mes pasirenkame pagrindą kaip pagrindą gamybai. N šuliniui parenkamas P tipo silicio substratas.

Pagrindas

2 žingsnis - oksidacija: Selektyvi n tipo priemaišų difuzija vykdoma naudojant SiO2 kaip barjerą, kuris apsaugo plokštelių dalis nuo pagrindo užteršimo. SiO_duyra išdėstytas oksidacijos būdu, padarant substratą aukštos kokybės deguonies ir vandenilio oksidacijos kameroje maždaug 1000⁰c

Oksidacija

3 žingsnis - fotorezisto auginimas: Šiame etape, kad būtų galima atlikti selektyvų ėsdinimą, SiO2 sluoksniui atliekamas fotolitografijos procesas. Vykstant šiam procesui, plokštelė padengta vienoda šviesai jautrios emulsijos plėvele.

Fotorezisto auginimas

4 žingsnis - maskavimas: Šis žingsnis yra fotolitografijos proceso tęsinys. Šiame etape naudojant trafaretą padaromas norimas atvirumo modelis. Šis trafaretas naudojamas kaip kaukė virš fotorezisto. Substratas dabar yra veikiamas UV spinduliai po atviru kaukės regionu esantis fotorezistas polimerizuojamas.

Fotorezisto maskavimas

5 žingsnis - Neeksponuoto fotorezisto pašalinimas: Kaukė pašalinama ir neeksponuota fotorezisto sritis ištirpinama sukuriant plokštelę naudojant cheminę medžiagą, tokią kaip Trichloretilenas.

Fotorezisto pašalinimas

6 žingsnis - ofortas: Plokštė panardinama į vandenilio fluorido rūgšties ėsdinimo tirpalą, kuris pašalina oksidą iš sričių, per kurias turi būti skleidžiami priedai.

SiO2 ofortas

7 žingsnis - viso fotorezisto sluoksnio pašalinimas: Metu oforto procesas , tos SiO2 dalys, kurias apsaugo fotorezisto sluoksnis, neturi įtakos. Fotorezisto kaukė nuimama cheminiu tirpikliu (karštu H2SO4).

Fotorezisto sluoksnio pašalinimas

8 žingsnis - N šulinio formavimas: N tipo priemaišos per atvirą sritį difunduojamos į p tipo substratą, tokiu būdu formuojant N šulinėlį.

N šulinio susidarymas

9 žingsnis - SiO2 pašalinimas: SiO2 sluoksnis dabar pašalinamas naudojant fluoro rūgštį.

SiO2 pašalinimas

10 žingsnis. Polisilicio nusodinimas: A vartų nesutapimas CMOS tranzistorius sukeltų nepageidaujamą talpą, kuri galėtų pakenkti grandinei. Taigi, norint užkirsti kelią šiam „savaime sureguliuotų vartų procesui“, pirmenybė teikiama, kai vartų regionai formuojami prieš susidarant šaltiniui ir nutekant jonų implantais.

Polisilicio nusodinimas

Polisilicis naudojamas vartams formuoti, nes jis gali atlaikyti aukštesnę nei 8000 temperatūrą⁰c, kai plokštelei taikomi atkaitinimo būdai šaltiniui susidaryti ir nutekėti. Polisilicis nusodinamas naudojant Cheminio nusodinimo procesas virš plono vartų oksido sluoksnio. Šis plonas vartų oksidas po polisilicio sluoksniu užkerta kelią tolimesniam dopingui po vartų sritimi.

11 žingsnis - vartų regiono formavimas: Išskyrus du regionus, reikalingus norint sukurti vartus NMOS ir PMOS tranzistoriai likusi polisilicio dalis nuimama.

Vartų regiono formavimas

12 žingsnis - oksidacijos procesas: Virš plokštelės nusėda oksidacijos sluoksnis, kuris toliau veikia kaip skydas difuzijos ir metalizacijos procesai .

Oksidacijos procesas

13 žingsnis - maskavimas ir difuzija: Padarant n tipo priemaišų sklaidos regionus, naudojant maskavimo procesą, padaromos nedidelės spragos.

Maskavimas

Naudojant difuzinį procesą, sukuriami trys n + regionai NMOS terminalams formuoti.

N difuzija

14 žingsnis - oksido pašalinimas: Oksido sluoksnis nuimamas.

Oksido pašalinimas

15 žingsnis - P tipo difuzija: Panašiai kaip n tipo difuzija PMOS gnybtų formavimui, atliekama p tipo difuzija.

P tipo difuzija

16 žingsnis - storo lauko oksido klojimas: Prieš formuojant metalinius gnybtus, išklojamas storas lauko oksidas, kad būtų suformuotas apsauginis sluoksnis plokštelių sritims, kur nereikia jokių gnybtų.

Storas lauko oksido sluoksnis

17 žingsnis - metalizavimas: Šis žingsnis naudojamas metalinių gnybtų, galinčių užtikrinti tarpusavio sujungimą, formavimui. Aliuminis paskleidžiamas ant visos plokštelės.

Metalizacija

18 žingsnis - perteklinio metalo pašalinimas: Metalo perteklius pašalinamas iš plokštelės.

19 žingsnis - terminalų formavimas: Tarpuose, susidariusiuose pašalinus perteklinį metalą, sujungimams suformuojami gnybtai.

Terminalų formavimas

20 žingsnis - terminalų pavadinimų priskyrimas: Pavadinimai priskiriami NMOS ir PMOS tranzistoriai .

Terminalų pavadinimų priskyrimas

CMOS kūrimas naudojant P well technologiją

P duobučių procesas yra panašus į N duobučių procesą, išskyrus tai, kad čia naudojamas n tipo substratas ir vykdomos p tipo difuzijos. Paprastai paprastumui pirmenybė teikiama N šulinio procesui.

Dviejų vamzdžių CMOS gamyba

Naudojant dviejų vamzdžių procesą galima valdyti P ir N tipo įtaisų stiprinimą. Įvairūs žingsniai, susiję su CMOS gamyba naudojant „Twin-tube“ metodą yra tokie

• • Imamas lengvai legiruotas n arba p tipo substratas ir naudojamas epitaksinis sluoksnis. Epitaksinis sluoksnis apsaugo lusto užsiblokavimo problemą.

• • Užauginami didelio grynumo silicio sluoksniai su išmatuotu storiu ir tikslia priemaišų koncentracija.

• • Vamzdžių formavimas P ir N šuliniams.

• • Plonos oksido konstrukcijos, skirtos apsaugai nuo užteršimo difuzijos procesuose.

• • Šaltinis ir nutekėjimas formuojami naudojant jonų implantavimo metodus.

• • Pjūviai gaminami metalinių kontaktų porcijoms gaminti.
  • Metalizacija atliekama metaliniams kontaktams traukti

CMOS IC išdėstymas

Viršutinis vaizdas į CMOS gamyba ir išdėstymas yra duota. Čia galima aiškiai matyti įvairius metalinius kontaktus ir N šulinių difuzijas.

CMOS IC išdėstymas

Taigi, viskas apie tai CMOS gamybos būdai . Panagrinėkime 1 kvadrato dydžio plokštelę, padalytą į 400 žetonų, kurių paviršiaus plotas 50 mil ir 50 mil. Norint pagaminti tranzistorių, reikia 50 mil2 ploto. Taigi kiekviename IC yra 2 tranzistoriai, taigi ant kiekvienos plokštelės yra pastatyti 2 x 400 = 800 tranzistoriai. Jei kiekvienoje partijoje apdorojama 10 plokštelių, vienu metu galima pagaminti 8000 tranzistorių. Kokius komponentus pastebėjote IC?