Det var en tid der datamaskiner var så enorme i størrelse at det var lett å få plass til å installere dem. Men i dag er de så utviklede at vi til og med kan bære dem som bærbare datamaskiner enkelt. Innovasjonen som gjorde dette mulig var konseptet Integrated Circuits. I Integrerte kretser , et stort antall aktive og passive elementer sammen med deres sammenkoblinger er utviklet over en liten silisiumskive typisk på 50 x 50 mil i tverrsnitt. De grunnleggende prosessene som følges for produksjon av slike kretsløp inkluderer epitaksial vekst, maskert urenhetsdiffusjon, oksydvekst og oksydetsing ved bruk av fotolitografi for å lage mønster.
Komponentene over waferen inkluderer motstander, transistorer, dioder, kondensatorer osv ... Det mest kompliserte elementet å produsere over IC er transistorer. Transistorer er av forskjellige typer slik som CMOS, BJT, FET. Vi velger typen transistorteknologi som skal implementeres over en IC basert på krav. La oss i denne artikkelen bli kjent med begrepet CMOS-fabrikasjon (eller) fabrikasjon av transistorer som CMOS.
CMOS-fabrikasjon
For mindre krafttap CMOS-teknologi brukes til å implementere transistorer. Hvis vi trenger en raskere krets, implementeres transistorer over IC bruker BJT . Fabrikasjon av CMOS-transistorer som IC kan gjøres i tre forskjellige metoder.
N-brønn / P-brønnsteknologien, der n-type diffusjon gjøres over et p-type substrat eller p-type diffusjon gjøres over henholdsvis n-type substrat.
De Tvillingbrønnsteknologi , hvor NMOS og PMOS-transistor utvikles over waferen ved samtidig diffusjon over en epitaksial vekstbase, snarere enn et substrat.
Silisium-på-isolasjonsprosessen, i stedet for å bruke silisium som substrat, brukes et isolasjonsmateriale for å forbedre hastigheten og følsomheten for låsing.
N- brønn / P- brønnteknologi
CMOS kan fås ved å integrere begge deler NMOS og PMOS transistorer over den samme silisiumplaten. I N-brønnteknologi diffunderes en n-type brønn på et p-type substrat, mens det i P-brønn er omvendt.
CMOS fabrikasjonstrinn
De CMOS-fabrikasjonsprosess strømme utføres ved hjelp av tjue grunnleggende fabrikasjonstrinn mens de produseres ved hjelp av N-brønn / P-brønn-teknologi.
Lage av CMOS ved hjelp av N-brønn
Trinn 1: Først velger vi et underlag som base for fabrikasjon. For N-brønn velges et P-type silisiumsubstrat.
Underlag
Trinn 2 - Oksidasjon: Den selektive diffusjonen av urenheter av n-typen oppnås ved anvendelse av SiO2 som en barriere som beskytter deler av skiven mot forurensning av underlaget. SiOtolegges ut ved oksidasjonsprosess som utsetter substratet for oksygen og hydrogen av høy kvalitet i et oksidasjonskammer ved ca. 10000c
Oksidasjon
Trinn 3 - Dyrking av fotoresist: På dette stadiet for å tillate selektiv etsning blir SiO2-laget utsatt for fotolitografiprosessen. I denne prosessen er waferen belagt med en ensartet film av en lysfølsom emulsjon.
Dyrking av fotoresist
Trinn 4 - Maskering: Dette trinnet er fortsettelsen av fotolitografiprosessen. I dette trinnet lages et ønsket mønster av åpenhet ved hjelp av en sjablong. Denne sjablongen brukes som en maske over fotoresist. Underlaget er nå utsatt for UV-stråler fotoresist tilstede under de eksponerte områdene av masken blir polymerisert.
Maskering av fotoresist
Trinn 5 - Fjerning av ikke-eksponert fotoresist: Masken fjernes og den ueksponerte regionen fotoresist oppløses ved å utvikle skiven ved å bruke et kjemikalie som trikloretylen.
Fjerning av fotoresist
Trinn 6 - Etsing: Waferen er nedsenket i en etsende løsning av flussyre, som fjerner oksidet fra områdene som dopemidler skal diffunderes gjennom.
Etsing av SiO2
Trinn 7 - Fjerning av hel fotoresistsjikt: I løpet av etsingsprosess , blir ikke de delene av SiO2 som er beskyttet av fotoresistsjiktet påvirket. Fotoresistmasken fjernes nå med et kjemisk løsemiddel (varmt H2SO4).
Fjerning av fotoresistsjikt
Trinn 8 - Dannelse av N-brønn: Urenheter av n-typen diffunderes inn i p-type substrat gjennom det eksponerte området og danner således en N-brønn.
Dannelse av N-brønn
Trinn 9 - Fjerning av SiO2: Sjiktet av SiO2 blir nå fjernet ved å bruke fluorsyre.
Fjerning av SiO2
Trinn 10 - Deponering av polysilisium: Feiljusteringen av porten til en CMOS-transistor vil føre til uønsket kapasitans som kan skade kretsen. Så for å forhindre denne 'Selvjusterte portprosessen' er å foretrekke der gateområder blir dannet før dannelsen av kilde og avløp ved hjelp av ionimplantasjon.
Avsetning av polysilisium
Polysilisium brukes til dannelse av porten fordi det tåler den høye temperaturen større enn 80000c når en skive blir utsatt for annealingmetoder for dannelse av kilde og avløp. Polysilicon deponeres ved hjelp av Kjemisk deponeringsprosess over et tynt lag med gateoksid. Dette tynne gateoksydet under Polysilicon-laget forhindrer videre doping under gateområdet.
Trinn 11 - Dannelse av portregionen: Bortsett fra de to regionene som kreves for dannelse av porten for NMOS og PMOS transistorer den gjenværende delen av Polysilicon fjernes.
Dannelse av portregionen
Trinn 12 - Oksidasjonsprosess: Et oksidasjonslag avsettes over skiven som fungerer som et skjold for videre diffusjons- og metalliseringsprosesser .
Oksidasjonsprosess
Trinn 13 - Maskering og diffusjon: For å lage regioner for diffusjon av urenheter av n-typen ved hjelp av maskeringsprosess blir det laget små hull.
Maskering
Ved hjelp av diffusjonsprosess er tre n + regioner utviklet for dannelse av terminaler av NMOS.
N-diffusjon
Trinn 14 - Fjerning av oksid: Oksydlaget er strippet av.
Fjerning av oksid
Trinn 15 - P-type diffusjon: I likhet med n-type diffusjon for å danne terminalene til PMOS p-type diffusjon utføres.
P-type diffusjon
Trinn 16 - Legging av tykt feltoksid: Før dannelse av metallterminalene legges det et tykt feltoksid for å danne et beskyttende lag for områdene av waferen der ingen terminaler er nødvendige.
Tykt feltoksydlag
Trinn 17 - Metallisering: Dette trinnet brukes til dannelse av metallterminaler som kan gi sammenkoblinger. Aluminium spres på hele platen.
Metallisering
Trinn 18 - Fjerning av overflødig metall: Det overflødige metallet fjernes fra skiven.
Trinn 19 - Dannelse av terminaler: I hullene som dannes etter fjerning av overflødige metallterminaler dannes for sammenkoblingene.
Dannelse av terminaler
Trinn 20 - Tilordne terminalnavn: Navn tildeles terminalene på NMOS og PMOS transistorer .
Tilordner terminalnavn
Lage av CMOS ved hjelp av P well Technology
P-brønnprosessen ligner N-brønnprosessen, bortsett fra at her brukes n-type substrat og p-type diffusjoner utføres. For enkelhets skyld foretrekkes N-brønnprosessen.
Twin Tube Fabrikasjon av CMOS
Ved bruk av Twin-tube-prosessen kan man kontrollere forsterkningen av P- og N-type enheter. Ulike trinn involvert i fabrikasjon av CMOS ved bruk av Twin-tube-metoden er som følger
- Et lett dopet n- eller p-type substrat tas og det epitaksiale laget brukes. Epitaksial lag beskytter låseproblemet i brikken.
- Silisiumlagene med høy renhet med målt tykkelse og nøyaktig dopantkonsentrasjon dyrkes.
- Dannelse av rør for P og N brønn.
- Tynn oksydkonstruksjon for beskyttelse mot forurensning under diffusjonsprosesser.
- Kilde og avløp dannes ved hjelp av ionimplantasjonsmetoder.
- Kutt er laget for å lage porsjoner for metallkontakter.
- Metallisering gjøres for å tegne metallkontakter
CMOS IC-oppsett
Den øvre visningen av til CMOS fabrikasjon og layout er gitt. Her kan forskjellige metallkontakter og N-brønn diffusjoner sees tydelig.
CMOS IC-oppsett
Dermed handler dette om CMOS fabrikasjonsteknikker . La oss vurdere en 1-i-kvadratisk wafer delt inn i 400 chips med overflateareal 50 mil med 50 mil. Det tar et område på 50 mil2 å produsere en transistor. Derfor inneholder hver IC to transistorer, så det er 2 x 400 = 800 transistorer bygget på hver wafer. Hvis 10 vafler behandles hver batch, kan 8000 transistorer produseres samtidig. Hva er forskjellige komponenter har du observert på en IC?
