Procesul de fabricare a tranzistorului CMOS

A existat o epocă în care computerele aveau o dimensiune atât de mamuță încât, pentru a le instala, era necesar cu ușurință un spațiu în cameră. Dar astăzi sunt atât de evoluate încât le putem purta chiar ca notebook-uri cu ușurință. Inovația care a făcut acest lucru posibil a fost conceptul de circuite integrate. În Circuite integrate , un număr mare de active și elemente pasive împreună cu interconexiunile lor sunt dezvoltate pe o placă mică de siliciu, de obicei de 50 x 50 mil în secțiune transversală. Procesele de bază urmate pentru producerea unor astfel de circuite includ creșterea epitaxială, difuzia de impurități mascate, creșterea oxidului și gravarea oxidului, utilizând fotolitografia pentru realizarea modelului.

Componentele de pe napolitane includ rezistențe, tranzistoare, diode, condensatori etc ... Cel mai complicat element de fabricat peste CI este tranzistoarele. Tranzistoarele sunt de diferite tipuri precum CMOS, BJT, FET. Alegem tipul de tehnologie tranzistor care urmează să fie implementat pe un CI bazat pe cerințe. În acest articol, ne vom familiariza cu conceptul de Fabricarea CMOS (sau) fabricarea tranzistoarelor ca CMOS.

Fabricare CMOS

Pentru o cerință mai mică de disipare a puterii Tehnologie CMOS este utilizat pentru implementarea tranzistoarelor. Dacă avem nevoie de un circuit mai rapid, atunci tranzistoarele sunt implementate IC folosind BJT . Fabricarea Tranzistori CMOS deoarece IC-urile pot fi realizate în trei metode diferite.

Tehnologia N-well / P-well, unde difuzia de tip n se face pe un substrat de tip p sau difuzia de tip p se face pe un substrat de tip n.

Tehnologie Twin Well , Unde NMOS și tranzistorul PMOS sunt dezvoltate peste napolitane prin difuzie simultană pe o bază de creștere epitaxială, mai degrabă decât pe un substrat.

Procesul de siliciu pe izolator, unde, mai degrabă decât utilizarea siliconului ca substrat, se folosește un material izolator pentru a îmbunătăți viteza și susceptibilitatea de blocare.

Tehnologia N- well / P- well

CMOS poate fi obținut prin integrarea ambelor Tranzistori NMOS și PMOS peste aceeași napolitană de siliciu. În tehnologia cu godeuri N un godeu de tip n este difuzat pe un substrat de tip p în timp ce în godeul P este invers.

Pași de fabricație CMOS

Procesul de fabricație CMOS curgere este realizat folosind douăzeci de pași de fabricație de bază în timp ce este fabricat utilizând tehnologia N-well / P-well.

Realizarea CMOS folosind N bine

Pasul 1: Mai întâi alegem un substrat ca bază pentru fabricare. Pentru N-well, este selectat un substrat de siliciu de tip P.

Substrat

Pasul 2 - Oxidare: Difuzia selectivă a impurităților de tip n se realizează folosind SiO2 ca o barieră care protejează porțiuni de napolitane împotriva contaminării substratului. SiO_Douăeste așezat prin procesul de oxidare realizat expunând substratul la oxigen și hidrogen de înaltă calitate într-o cameră de oxidare la aproximativ 1000⁰c

Oxidare

Pasul 3 - Creșterea fotorezistului: În această etapă pentru a permite gravarea selectivă, stratul de SiO2 este supus procesului de fotolitografie. În acest proces, napolitana este acoperită cu un film uniform al unei emulsii fotosensibile.

Creșterea fotorezistului

Pasul 4 - Mascare: Acest pas este continuarea procesului de fotolitografie. În acest pas, un model dorit de deschidere este realizat folosind un șablon. Acest șablon este folosit ca o mască peste fotorezistent. Substratul este acum expus raze UV fotorezistentul prezent sub regiunile expuse ale măștii se polimerizează.

Mascare de fotorezist

Pasul 5 - Eliminarea fotorezistului neexpus: Masca este îndepărtată și regiunea neexpusă a rezistenței fotorezistente este dizolvată prin dezvoltarea napolitanei folosind o substanță chimică precum Tricloretilena.

Eliminarea fotorezistentului

Pasul 6 - Gravare: Napolita este scufundată într-o soluție de gravare a acidului fluorhidric, care elimină oxidul din zonele prin care urmează să fie difuzați dopanții.

Gravarea SiO2

Pasul 7 - Îndepărtarea întregului strat de fotorezistent: In timpul procesul de gravare , acele porțiuni de SiO2 care sunt protejate de stratul de fotorezistent nu sunt afectate. Masca fotorezistentă este acum îndepărtată cu un solvent chimic (H2SO4 fierbinte).

Îndepărtarea stratului fotorezistent

Pasul 8 - Formarea godeului N: Impuritățile de tip n sunt difuzate în substratul de tip p prin regiunea expusă formând astfel un godeu N.

Formarea godeului N

Pasul 9 - Eliminarea SiO2: Stratul de SiO2 este acum îndepărtat prin utilizarea acidului fluorhidric.

Îndepărtarea SiO2

Pasul 10 - Depunerea polisiliciului: Nealinierea porții unui Tranzistor CMOS ar duce la capacitatea nedorită care ar putea dăuna circuitului. Deci, pentru a preveni acest „proces auto-aliniat de poartă” este de preferat în cazul în care regiunile de poartă sunt formate înainte de formarea sursei și drenarea utilizând implantarea ionică.

Depunerea Polysiliconului

Polisiliciul este utilizat pentru formarea porții, deoarece poate rezista la temperaturi ridicate mai mari de 8000⁰c atunci când o napolitană este supusă metodelor de recoacere pentru formarea sursei și scurgerii. Polisiliciul se depune prin utilizarea Procesul de depunere chimică peste un strat subțire de oxid de poartă. Acest oxid subțire de poartă sub stratul de polisilicon previne dopajul suplimentar sub regiunea porții.

Pasul 11 ​​- Formarea regiunii Poarta: Cu excepția celor două regiuni necesare pentru formarea porții pentru Tranzistori NMOS și PMOS porțiunea rămasă de Polysilicon este dezbrăcată.

Formarea regiunii Poarta

Pasul 12 - Procesul de oxidare: Un strat de oxidare este depus peste napolitane care acționează ca un scut pentru mai departe procesele de difuzie și metalizare .

Procesul de oxidare

Pasul 13 - Mascare și difuzie: Pentru realizarea regiunilor pentru difuzarea impurităților de tip n folosind procesul de mascare, se fac mici goluri.

Mascare

Folosind procesul de difuzie sunt dezvoltate trei regiuni n + pentru formarea terminalelor NMOS.

N-difuzie

Pasul 14 - Eliminarea oxidului: Stratul de oxid este îndepărtat.

Eliminarea oxidului

Pasul 15 - Difuzie de tip P: Similar difuziunii de tip n pentru formarea terminalelor difuziei de tip p PMOS se efectuează.

Difuzie de tip P

Pasul 16 - Așezarea oxidului de câmp gros: Înainte de formarea terminalelor metalice, este așezat un oxid de câmp gros pentru a forma un strat protector pentru regiunile napolitane unde nu sunt necesare terminale.

Strat de oxid de câmp gros

Pasul 17 - Metalizare: Acest pas este utilizat pentru formarea terminalelor metalice care pot asigura interconectări. Aluminiul este împrăștiat pe toată napolitana.

Metalizare

Pasul 18 - Îndepărtarea excesului de metal: Excesul de metal este îndepărtat din napolitană.

Pasul 19 - Formarea terminalelor: În golurile formate după îndepărtarea excesului se formează borne metalice pentru interconectări.

Formarea terminalelor

Pasul 20 - Atribuirea numelor terminalelor: Numele sunt atribuite terminalelor din Tranzistori NMOS și PMOS .

Atribuirea numelor terminalelor

Realizarea CMOS folosind tehnologia P well

Procesul godeului p este similar cu procesul godeului N, cu excepția faptului că aici se folosește substrat de tip n și se efectuează difuzii de tip p. Pentru simplitate, de obicei, este preferat procedeul cu puț N.

Fabricarea CMOS cu două tuburi

Folosind procesul Twin-tube se poate controla câștigul dispozitivelor de tip P și N. Diverse etape implicate în fabricarea CMOS folosind metoda Twin-tube sunt după cum urmează

• • Se ia un substrat de tip n sau p ușor dopat și se folosește stratul epitaxial. Stratul epitaxial protejează problema blocării în cip.

• • Se cresc straturile de siliciu de înaltă puritate cu grosimea măsurată și concentrația exactă de dopant.

• • Formarea tuburilor pentru sondele P și N.

• • Construcție subțire de oxid pentru protecție împotriva contaminării în timpul proceselor de difuzie.

• • Sursa și scurgerea se formează folosind metode de implantare a ionilor.

• • Tăieturile sunt făcute pentru a face porțiuni pentru contacte metalice.
  • Metalizarea se face pentru desenarea contactelor metalice

Aspect CMOS IC

Vederea superioară a la CMOS fabricatie si amenajare este dată. Aici pot fi vizualizate clar diferite contacte metalice și difuzii de puț.

Aspect CMOS IC

Astfel, totul este vorba Tehnici de fabricare CMOS . Să luăm în considerare o napolitană de 1 pătrat împărțită în 400 de jetoane cu o suprafață de 50 mil cu 50 mil. Este nevoie de o suprafață de 50 mil2 pentru a fabrica un tranzistor. Prin urmare, fiecare IC conține 2 tranzistori, deci există 2 x 400 = 800 tranzistori construiți pe fiecare placă. Dacă sunt procesate 10 napolitane pentru fiecare lot, atunci 8000 de tranzistoare pot fi fabricate simultan. Care sunt diferitele componente pe care le-ați observat pe un CI?