Proces výroby CMOS tranzistoru

Byla doba, kdy počítače měly takovou velikost mamutů, že k jejich instalaci byl snadno vyžadován prostor v místnosti. Ale dnes jsou tak vyvinuté, že je dokonce můžeme snadno nosit jako notebooky. Inovace, která to umožnila, byla koncepce integrovaných obvodů. v Integrované obvody , velký počet aktivních a pasivní prvky spolu s jejich propojením jsou vyvíjeny přes malou křemíkovou destičku typicky 50 x 50 mil v průřezu. Mezi základní procesy používané při výrobě těchto obvodů patří epitaxní růst, difúze maskované nečistoty, růst oxidů a leptání oxidů, přičemž k vytváření vzoru se používá fotolitografie.

Součásti přes desku zahrnují rezistory, tranzistory, diody, kondenzátory atd ... Nejsložitějším prvkem výroby přes IC jsou tranzistory. Tranzistory jsou různých typů jako CMOS, BJT, FET. Na základě požadavků jsme zvolili typ technologie tranzistoru, která má být implementována přes IC. V tomto článku se seznámíme s konceptem Výroba CMOS (nebo) výroba tranzistorů jako CMOS.

Výroba CMOS

Pro menší požadavek na ztrátový výkon Technologie CMOS se používá pro implementaci tranzistorů. Pokud požadujeme rychlejší obvod, pak jsou tranzistory implementovány IC pomocí BJT . Výroba CMOS tranzistory protože IC lze provést třemi různými metodami.

Technologie N-jamka / P-jamka, kde se difúze typu n provádí přes substrát typu p nebo difúze typu p se provádí přes substrát typu n.

The Technologie dvojité studny , kde NMOS a PMOS tranzistor jsou vyvíjeny přes destičku současnou difúzí přes epitaxní růstovou základnu, spíše než na substrát.

Proces křemíku na izolátoru, kde se místo použití křemíku jako podkladu používá izolační materiál ke zlepšení rychlosti a citlivosti západky.

Technologie N- well / P- well

CMOS lze získat integrací obou Tranzistory NMOS a PMOS přes stejnou křemíkovou destičku. V technologii N – well je difúzní jamka typu n na substrátu typu p, zatímco v jamce P je to naopak.

Kroky výroby CMOS

The Proces výroby CMOS tok se provádí za použití dvaceti základních výrobních kroků, zatímco se vyrábí pomocí technologie N-well / P-well.

Výroba CMOS pomocí N dobře

Krok 1: Nejprve zvolíme substrát jako základ pro výrobu. Pro jamku N je vybrán křemíkový substrát typu P.

Podklad

Krok 2 - Oxidace: Selektivní difúze nečistot typu n se dosahuje použitím SiO2 jako bariéry, která chrání části oplatky před kontaminací substrátu. SiO_dvaje stanoven oxidačním procesem provedeným vystavením substrátu vysoce kvalitnímu kyslíku a vodíku v oxidační komoře přibližně při 1000⁰C

Oxidace

Krok 3 - Pěstování fotorezistu: V této fázi, aby se umožnilo selektivní leptání, je vrstva SiO2 podrobena procesu fotolitografie. V tomto procesu je oplatka potažena rovnoměrným filmem fotocitlivé emulze.

Pěstování fotorezistu

Krok 4 - Maskování: Tento krok je pokračováním procesu fotolitografie. V tomto kroku se pomocí šablony vytvoří požadovaný vzor otevřenosti. Tato šablona se používá jako maska ​​nad fotorezistem. Podklad je nyní vystaven UV paprsky fotorezist přítomný pod exponovanými oblastmi masky polymerizuje.

Maskování fotorezistu

Krok 5 - Odstranění neexponovaného fotorezistu: Maska je odstraněna a neexponovaná oblast fotorezistu je rozpuštěna vyvoláním oplatky pomocí chemikálie, jako je trichlorethylen.

Odstranění fotorezistu

Krok 6 - Leptání: Oplatka je ponořena do leptacího roztoku kyseliny fluorovodíkové, která odstraňuje oxid z oblastí, kterými mají být difundovány dopující látky.

Leptání SiO2

Krok 7 - Odebrání celé vrstvy fotorezistu: Během proces leptání , části SiO2, které jsou chráněny vrstvou fotorezistu, nejsou ovlivněny. Maska fotorezistu je nyní odstraněna chemickým rozpouštědlem (horký H2SO4).

Odebrání vrstvy fotorezistu

Krok 8 - Tvorba N-jamky: Nečistoty typu n jsou difundovány do substrátu typu p exponovanou oblastí, čímž se vytvoří jamka N.

Tvorba N-jamky

Krok 9 - Odstranění SiO2: Vrstva SiO2 se nyní odstraní pomocí kyseliny fluorovodíkové.

Odstranění SiO2

Krok 10 - Depozice polysilikonu: Nesouosost brány a CMOS tranzistor by vedlo k nežádoucí kapacitě, která by mohla poškodit obvod. Aby se zabránilo tomuto „upřednostňovanému procesu brány“, dává se přednost tam, kde se oblasti brány vytvářejí před vytvořením zdroje a odtoku pomocí iontové implantace.

Ukládání polykrystalického křemíku

K vytvoření brány se používá polykrystalický křemík, který vydrží vysokou teplotu vyšší než 8000⁰c když je oplatka vystavena žíhacím metodám pro vytváření zdroje a odtoku. Polysilikon se nanáší pomocí Proces chemického nanášení přes tenkou vrstvu oxidu brány. Tento tenký oxid hradla pod vrstvou polysilikonu brání dalšímu dopingu pod oblastí hradla.

Krok 11 - Vytvoření oblasti brány: Kromě dvou regionů potřebných pro vytvoření brány pro Tranzistory NMOS a PMOS zbývající část polysilikonu je odstraněna.

Formování oblasti brány

Krok 12 - Oxidační proces: Na destičce je uložena oxidační vrstva, která slouží jako další štít procesy difúze a metalizace .

Oxidační proces

Krok 13 - Maskování a difúze: Pro vytváření oblastí pro difúzi nečistot typu n pomocí maskovacího procesu jsou vytvořeny malé mezery.

Maskování

Pomocí procesu difúze jsou vyvinuty tři oblasti n + pro tvorbu terminálů NMOS.

N-difúze

Krok 14 - Odstranění oxidu: Oxidová vrstva se odstraní.

Odstranění oxidu

Krok 15 - Difúze typu P: Podobně jako u difúze typu n pro vytváření koncovek difúze typu p PMOS se provádí.

Difúze typu P

Krok 16 - Pokládka oxidu silného pole: Před vytvořením kovových koncovek se položí oxid silného pole, aby se vytvořila ochranná vrstva pro oblasti oplatky, kde nejsou nutné žádné svorky.

Vrstva oxidu silného pole

Krok 17 - Metalizace: Tento krok se používá k vytvoření kovových svorek, které mohou zajišťovat propojení. Hliník se rozprostírá na celou destičku.

Metalizace

Krok 18 - Odstranění přebytečného kovu: Přebytečný kov je odstraněn z oplatky.

Krok 19 - Vytvoření terminálů: V mezerách vytvořených po odstranění přebytečného kovu jsou vytvořeny svorky pro propojení.

Vznik terminálů

Krok 20 - Přiřazení názvů terminálů: Názvy jsou přiřazeny terminálům Tranzistory NMOS a PMOS .

Přiřazení názvů terminálů

Výroba CMOS pomocí technologie P well

Proces p-jamky je podobný procesu N-jamky s tím rozdílem, že se zde používá substrát typu n a provádějí se difúze typu p. Pro jednoduchost je obvykle upřednostňován proces N jamek.

Twin Tube Fabrication of CMOS

Pomocí procesu Twin-tube lze ovládat zisk zařízení typu P a N. Různé kroky spojené s výroba CMOS metodou Twin-tube jsou následující

• • Vezme se lehce dopovaný substrát typu n nebo p a použije se epitaxní vrstva. Epitaxní vrstva chrání problém se západkou v čipu.

• • Rostou vysoce čisté křemíkové vrstvy s měřenou tloušťkou a přesnou koncentrací dopantu.

• • Tvorba trubek pro P a N jamku.

• • Tenká oxidová konstrukce pro ochranu před kontaminací během difúzních procesů.

• • Zdroj a odtok jsou vytvářeny metodami iontové implantace.

• • Řezy jsou vyrobeny pro výrobu porcí kovových kontaktů.
  • Metalizace se provádí pro tažení kovových kontaktů

Rozložení IC CMOS

Horní pohled na do CMOS výroba a rozvržení je dáno. Zde lze jasně vidět různé kovové kontakty a difuze N jamek.

Rozložení IC CMOS

O toto tedy jde Techniky výroby CMOS . Uvažujme oplatku 1 na čtverec rozdělenou na 400 čipů o ploše 50 mil na 50 mil. Výroba tranzistoru vyžaduje plochu 50 mil2. Proto každý IC obsahuje 2 tranzistory, takže na každé desce jsou zabudovány 2 x 400 = 800 tranzistorů. Pokud je zpracováno 10 destiček na každou dávku, lze současně vyrobit 8000 tranzistorů. Jaké různé komponenty jste na IC pozorovali?