Процесът на производство на CMOS транзистор

Процесът на производство на CMOS транзистор

Имаше ера, в която компютрите бяха с толкова мамутски размери, че за да се инсталират лесно, се изискваше пространство в стаята. Но днес те са толкова развити, че дори можем лесно да ги носим като тетрадки. Иновацията, която направи това възможно, беше концепцията за интегралните схеми. В Интегрални схеми , голям брой активни и пасивни елементи заедно с техните взаимовръзки се развиват върху малка силициева пластина обикновено с 50 на 50 мили в напречно сечение. Основните процеси, следвани за производството на такива вериги, включват епитаксиален растеж, маскирана дифузия на примеси, оксиден растеж и оксидно офорт, използвайки фотолитография за направа на модел.



Компонентите над пластината включват резистори, транзистори, диоди, кондензатори и т.н. ... Най-сложният елемент за производство над IC е транзисторите. Транзисторите са от различни видове като CMOS, BJT, FET. Ние избираме типа транзисторна технология, която да бъде внедрена върху интегрална схема, въз основа на изискванията. В тази статия нека се запознаем с концепцията за Изработка на CMOS (или) производство на транзистори като CMOS.


Изработка на CMOS

За по-малко разсейване на мощността CMOS технология се използва за изпълнение на транзистори. Ако се нуждаем от по-бърза схема, тогава транзисторите са внедрени IC използване BJT . Изработка на CMOS транзистори тъй като IC може да се направи по три различни метода.





Технологията N-кладенец / P-кладенец, където дифузията от n-тип се извършва върху субстрат от p-тип или дифузия от p-тип се извършва съответно върху субстрат от n-тип.

The Технология с двойни кладенци , където NMOS и транзистор PMOS се развиват върху пластината чрез едновременна дифузия върху епитаксиална основа за растеж, а не върху субстрат.



Процесът на силициевия изолатор, където вместо да се използва силиций като субстрат, се използва изолационен материал, за да се подобри скоростта и чувствителността към фиксиране.


Технология N- / P-well

CMOS може да се получи чрез интегриране на двете NMOS и PMOS транзистори върху същата силиконова вафла. В технологията на N-кладенец кладенец от n-тип се разпръсква върху р-тип субстрат, докато при P-кладенец е обратното.

Стъпки за производство на CMOS

The Процес на производство на CMOS поток се провежда с помощта на двадесет основни етапа на производство, докато се произвежда по технология N-well / P-well.

Изработване на CMOS с помощта на N добре

Етап 1: Първо избираме субстрат като основа за изработка. За N-кладенец е избран P-тип силициев субстрат.

Субстрат

Субстрат

Стъпка 2 - Окисление: Селективната дифузия на примеси от n-тип се осъществява, като се използва SiO2 като бариера, която предпазва части от пластината срещу замърсяване на основата. SiOдвее изложен чрез процес на окисление, извършен излагане на субстрата на висококачествен кислород и водород в окислителна камера при приблизително 10000° С

Окисление

Окисление

Стъпка 3 - Отглеждане на фоторезист: На този етап, за да се позволи селективно ецване, SiO2 слоят се подлага на фотолитографския процес. В този процес пластината е покрита с еднороден филм от фоточувствителна емулсия.

Отглеждане на фоторезист

Отглеждане на фоторезист

Стъпка 4 - Маскиране: Тази стъпка е продължение на процеса на фотолитография. В тази стъпка се прави желан модел на отвореност с помощта на шаблон. Този шаблон се използва като маска върху фоторезиста. Вече субстратът е изложен на UV лъчи фоторезистът, който се намира под откритите области на маска, се полимеризира.

Маскиране на фоторезист

Маскиране на фоторезист

Стъпка 5 - Премахване на неекспониран фоторезист: Маската се отстранява и неекспонираната област на фоторезист се разтваря чрез разработване на вафла с помощта на химикал като трихлоретилен.

Премахване на Photoresist

Премахване на Photoresist

Стъпка 6 - Офорт: Вафлата е потопена в ецващ разтвор на флуороводородна киселина, който отстранява оксида от участъците, през които трябва да се дифузират добавки.

Офорт на SiO2

Офорт на SiO2

Стъпка 7 - Премахване на целия слой фоторезист: По време на процес на офорт , тези части от SiO2, които са защитени от фоторезистния слой, не са засегнати. Сега фоторезистната маска се отстранява с химически разтворител (горещ H2SO4).

Премахване на Photoresist Layer

Премахване на Photoresist Layer

Стъпка 8 - Образуване на N-кладенец: Примесите от n-тип се дифузират в субстрата от p-тип през изложената област, като по този начин образуват N-кладенче.

Образуване на N-кладенец

Образуване на N-кладенец

Стъпка 9 - Премахване на SiO2: Сега слой от SiO2 се отстранява чрез използване на флуороводородна киселина.

Отстраняване на SiO2

Отстраняване на SiO2

Стъпка 10 - Отлагане на полисилиций: Разминаването на портата на a CMOS транзистор ще доведе до нежелан капацитет, който може да навреди на веригата. Така че, за да се предотврати този „процес на самонастройка на затвора“ е за предпочитане, когато зоните на затвора се формират преди образуването на източника и дренажа, използвайки имплантиране на йони.

Отлагане на полисилиций

Отлагане на полисилиций

Полисиликонът се използва за формиране на портата, тъй като може да издържи на висока температура над 80000c, когато една вафла е подложена на методи за отгряване за образуване на източник и отводняване. Полисилиция се отлага чрез използване Процес на химическо отлагане върху тънък слой оксид на затвора. Този тънък оксид на врата под полисилициевия слой предотвратява по-нататъшното допиране под зоната на вратата.

Стъпка 11 - Формиране на регион на портата: С изключение на двата региона, необходими за формиране на портата за NMOS и PMOS транзистори останалата част от Polysilicon се отстранява.

Образуване на регион на портите

Образуване на регион на портите

Стъпка 12 - Процес на окисляване: Над пластината се нанася окислителен слой, който действа като щит за по-нататък дифузионни и метализационни процеси .

Процес на окисление

Процес на окисление

Стъпка 13 - Маскиране и дифузия: За направата на участъци за дифузия на примеси от n-тип с помощта на маскиращ процес се правят малки пролуки.

Маскиране

Маскиране

Използвайки дифузионен процес, са разработени три n + области за образуване на терминали на NMOS.

N-дифузия

N-дифузия

Стъпка 14 - Отстраняване на оксид: Оксидният слой се отстранява.

Премахване на оксид

Премахване на оксид

Стъпка 15 - Р-тип дифузия: Подобно на n-тип дифузия за формиране на терминалите на PMOS p-тип дифузия се извършва.

P-тип дифузия

P-тип дифузия

Стъпка 16 - Полагане на дебел полеви оксид: Преди оформянето на металните клеми се поставя оксид с дебело поле, за да се образува защитен слой за областите на пластината, където не се изискват клеми.

Дебел полев оксиден слой

Дебел полев оксиден слой

Стъпка 17 - Метализация: Тази стъпка се използва за оформяне на метални клеми, които могат да осигурят взаимовръзки. Алуминият се разстила върху цялата вафла.

Метализация

Метализация

Стъпка 18 - Отстраняване на излишния метал: Излишният метал се отстранява от вафлата.

Стъпка 19 - Формиране на терминали: В пролуките, образувани след отстраняване на излишните метални клеми, се образуват междусистемните връзки.

Формиране на терминали

Формиране на терминали

Стъпка 20 - Присвояване на имена на терминали: Имената се присвояват на терминалите на NMOS и PMOS транзистори .

Присвояване на имена на терминали

Присвояване на имена на терминали

Създаване на CMOS с помощта на технология P well

Процесът на p-кладенец е подобен на процеса на N кладенец, с изключение на това, че тук се използва субстрат от n-тип и се извършват дифузии от p-тип. За простота обикновено се предпочита N процес на кладенеца.

Изработка на двойна тръба на CMOS

Използвайки двутръбен процес, човек може да контролира усилването на устройства от тип P и N. Различни стъпки, свързани с производство на CMOS използвайки метод с две тръби са както следва

    • Взема се леко допиран субстрат от тип n или p и се използва епитаксиалният слой. Епитаксиалният слой защитава проблема с фиксирането в чипа.
    • Отглеждат се силициеви слоеве с висока чистота с измерена дебелина и точна концентрация на добавки.
    • Формиране на тръби за кладенец P и N.
    • Тънка оксидна конструкция за защита от замърсяване по време на дифузионни процеси.
    • Източникът и дренажът се формират с помощта на методи за имплантиране на йони.
    • Направени са разфасовки за направа на порции за метални контакти.
    • Метализацията се извършва за изтегляне на метални контакти

CMOS IC оформление

Горният изглед на към CMOS изработка и оформление е даден. Тук различни метални контакти и N дифузии на кладенци могат да се видят ясно.

CMOS IC оформление

CMOS IC оформление

По този начин става въпрос за всичко Техники за производство на CMOS . Нека разгледаме вафла 1 на квадрат, разделена на 400 чипа с повърхност 50 милиона на 50 мили. За производството на транзистор е необходима площ от 50 мили2. Следователно всеки IC съдържа 2 транзистора, така че има 2 x 400 = 800 транзистора, построени на всяка вафла. Ако се обработват 10 пластини всяка партида, тогава 8000 транзистора могат да бъдат произведени едновременно. Кои са различните компоненти, които сте наблюдавали на IC?