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这可能最简单的半导体工艺流程(一文看懂芯片制作流程)
2020-08-11  作者:欧博游戏 人气:

  历来希望每周中发一篇作品,然则现正在是国庆假期时间,就加个班☆▷,写了第二篇。码子不易啊~OK,咱们进入正题~?

  上一期咱们聊了CMOS的事情道理▷☆,我自负你纵然平昔没有学过物理,平昔没学过数学也能看懂,然则有点太方便了•=,适合初学,假如你思解析更多的CMOS实质,就要看这一期的实质了,由于惟有解析落成艺流程(也即是二极管的造造流程)之后=◇,才可能连接解析后面的实质。那咱们这一期就解析一下这个CMOS正在foundry公司是怎样出产的(以非前辈造程行动例子,前辈造程的CMOS无论正在布局上仍是造造道理上都不相似)◆◇。

  最初要清楚foundry从供应商(硅片供应商)那里拿到的晶圆(也叫wafer,咱们后面简称wafer)是一片一片的,半径为100mm(8寸厂)或者是150mm(12寸厂)的晶圆-◁。如下图,原本即是相同于一个大饼,咱们把它称作衬底。

  然则呢,咱们这么看不太轻易…,咱们从下往上看,看截面图◁▽,也即是造成了下图这个状貌。

  下面咱们就看看怎样浮现咱们上一期提到的CMOS模子◁•,因为实质的process必要几千个次序▪,我正在这里就拿最方便的8寸晶圆的要紧次序来聊•-。

  也即是常常说的阱,well是通过离子植入(Ion Implantation,后面简称imp)的式样进入到衬底上的,假如要造造NMOS,必要植入P型well☆□,假如造造PMOS,必要植入N型well,为了轻易多人解析▼□,咱们拿NMOS来做例子★☆。离子植入的机械通过将必要植入的P型元素打入到衬底中的特定深度,然后再正在炉管中高温加热,让这些离子活化而且向边际扩散。如许就已毕了well的造造。造造已毕后是这个状貌的。

  正在造造well之后◁,后面再有其他离子植入的次序,目标即是限度沟道电流和阀值电压的巨细▷,多人可能同一叫做反型层○◁。假如是要做NMOS,反型层植入的是P型离子,假如是要做PMOS,反型层植入的是N型离子。植入之后是下面这个模子。

  这内部有许多实质的,譬喻离子植入时的能量,角度,离子的浓度等等◆=,那些不正在这一期当中-◁,并且我自负你解析那极少的话,确信是圈内人◆,你确信有技巧解析到。

  后面就会造造二氧化硅(SiO2■,后面简称Oxide),正在CMOS的造造流程中◇◇,造造oxide的技巧有许多。正在这里由的SiO2是用正在栅极下面的,它的厚度直接影响了阀值电压的巨细和沟道电流的巨细。因此大大都foundry正在这一步都是采取质地最高□,厚度限度最正确,匀称性最好的炉管氧化技巧。原本很方便◁▲,即是正在通氧气的炉管中•,通过高温,让氧气和硅产生化学反映,天生SiO2•。如许就正在Si的轮廓天生了薄薄的一层SiO2,如下面的图形=◁。

  当然这内部也有许多简直的音信,譬喻必要简直多少度啊◆,必要多少浓度的氧气啊●,必要高温多长功夫啊等等,这些都不是咱们现正在探求的●•,那些太简直了。

  然则到这里还没罢了,SiO2只是相当于螺纹,真正的栅极(Poly)还没有发端做呢•◆。因此咱们下一步即是正在SiO2上面铺一层多晶硅(多晶硅也是简单的硅元素构成▽▪,然则晶格分列式样区别。你万万不要问我为什么衬底用单晶硅,栅极用多晶硅,这个有一本书叫半导体物理☆▽,您可能解析下,狼狈~)。Poly也是CMOS特地枢纽的一个闭头,然则poly的因素是Si,不行像孕育SiO2那样通过直接和Si衬底直接反映天生。这就必要传说中的CVD(化学气相重淀■,Chemical Vapor Deposition),即是正在真空中产生化学反映,将天生的物体重淀到wafer上,正在这个例子中▽◇,天生的物质即是多晶硅••,然后重淀到wafer上(这里要多说一句,poly是用CVD的技巧正在炉管中天生的▼,因此poly的天生不是用的纯粹CVD的机台)。

  然则这种技巧变成的多晶硅会正在整片wafer都重淀下来,重淀之后是这个状貌。

  到了上面这一步,原本一经变成咱们思要的笔直布局了,最上面是poly-,下面是SiO2,再到下面是衬底□•。然则现正在整片wafer都是如许◁,原本咱们只必要一个特定处所是☆○“水龙头”布局。于是就有了全豹工艺流程中最最枢纽的一步—曝光△。

  咱们先正在wafer轮廓铺一层光刻胶◁,也叫光阻(很难疏解光刻胶的观点是什么=◇,我自负你看着看着就懂了)就造成了这个状貌。

  然后再用界说好的掩膜版(掩膜版上一经界说好了电途图形)放正在上面,最终用特定波长的光彩映照★◇,被映照的地方光阻会变活化,因为被掩膜版盖住的地方没有被光源照到,因此这块光阻没有被活化◇。

  因为被活化的光刻胶极端容易被特定化学液体洗掉▷▲,而没有被活化的光刻胶不行被洗掉,因此通过映照后,再用特定的液体洗掉一经活化的光刻胶-…,最终就造成了这个状貌,正在必要保存Poly和SiO2的地方留下光阻,正在不必要保存的地方除去光阻。

  这之后即是把那些多余的Poly和SiO2刻蚀掉,也即是除去掉-□,这个工夫运用的是定向刻蚀。正在刻蚀的分类中,有一种分法是定向刻蚀和非定向刻蚀,定向刻蚀即是指正在某个特定偏向实行刻蚀○★,而非定向刻蚀即是未必向的(一不幼心又说多了,总之即是通过特定的酸碱,正在某个特定的偏向除去SiO2)◇。正在这个例子中咱们采纳向下的定向刻蚀除去SiO2▼■,造成了这个状貌。

  最终再除去光阻■,这个工夫除去光阻的技巧就不是上面提到的通过光的映照活化,而是通过其他式样▪,由于咱们不必要正在这个工夫界说特定的巨细,而是将光阻总共除掉。最终造成如下图所示。

  最终咱们再探求一下源端和漏端是怎样变成的。多人还记得正在上一期中咱们聊过,源端和漏端都是离子植入一样类型的元素。这个工夫,咱们可能正在必要植入N型的源/漏区域上用光阻启齿。因为咱们是只拿NMOS做例子,因此上图中的全部个人城市启齿,如下图●!

  因为被光阻盖住的部份是不行被植入的(光荆棘着了嘛),因此惟有正在必要的NMOS上才会植入N型元素。因为poly下面的衬底被poly和SiO2盖住,因此也不会被植入▼▲,于是就造成了这个状貌。

  到这里▷,一个方便的MOS模子就造造出来了,表面上来讲▼,正在source,drain,poly和衬底上加上电压☆○,这个MOS是可能事情的●,然则咱们总不行直接正在source和drain拿个探针直接加上电压吧。这个工夫就必要MOS的布线,也即是正在这个MOS上面◆,连导线,让许多MOS连正在一块。咱们就看看这个布线的经过。

  当然这个SiO2是通过CVD的式样爆发的,由于如许速率会很速,很节俭功夫。下面的话仍是铺光阻,曝光的那一套▽◇,罢了之后是长这个状貌▪★。

  然后再用刻蚀的技巧正在SiO2上刻蚀出一个洞,如下图灰色的个人,这个洞的深度直接接触Si轮廓。

  这个工夫要做的即是正在这个洞里填导体,至于这个导体是什么?各家都不相似△☆,大个人都是钨(Tungsten)的合金□▷,那怎样能力填好这个洞呢?用的是PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相重淀)的式样▲-,道理相同于下图◇☆。

  运用高能量的电子或离子轰击靶材,被打碎的靶材,会以原子的形状降下到下面,就如许变成了下面的镀膜。咱们普通看信息中提到的靶材即是指这里的靶材◆▲。

  当然咱们正在填的工夫,不也许限度镀膜的厚度正好等于洞的深度•,因此会多余极少•▽,如许就用到了CMP(Chemical Mechanical polishing△■,化学刻板研磨)本事,听起来很宏大上,原本即是磨,将多余的个人都给磨掉◁•。结果即是这个状貌。

  到了这里咱们就已毕了一层via的造造,当然,via造造要紧是为了后面的金属层布线●。

  正在上面这个条款下●•,咱们用PVD的式样再dep一层金属(metal)。这个金属要紧是以铜为主的合金。

  然后再过程曝光,刻蚀▷▽,取得咱们思要的状貌。然后无间的往上叠加,直到满意咱们的需求。

  咱们正在画layout时,会告诉你运用的工艺最多有多少层metal,多少层via,即是指它可能叠加多少层•□。

  最终就取得如许的布局。最上面的pad即是这颗芯片的引脚,封装之后就成了咱们能看到的管脚(当然我这是胡乱画的,欧博游戏没有什么实质旨趣,只是为了举例子)•。

  这即是一颗芯片造造的大意流程。这一期咱们解析了半导体foundry中最首要的曝光◁,刻蚀,离子植入,炉管,CVD,PVD,CMP等等,当然再有其他造程,咱们有机遇再聊。