Υπήρχε μια εποχή, όπου οι υπολογιστές είχαν τέτοιο τεράστιο μέγεθος ώστε να τους εγκαταστήσουν, απαιτήθηκε εύκολα χώρος δωματίου. Αλλά σήμερα εξελίσσονται τόσο πολύ που μπορούμε να τα μεταφέρουμε εύκολα ως φορητοί υπολογιστές. Η καινοτομία που κατέστησε δυνατή ήταν η έννοια των Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων. Σε Ολοκληρωμένα κυκλώματα , ένας μεγάλος αριθμός ενεργών και παθητικά στοιχεία μαζί με τις διασυνδέσεις τους αναπτύσσονται σε μια μικρή γκοφρέτα πυριτίου τυπικά διατομής 50 έως 50 mils. Οι βασικές διεργασίες που ακολουθούνται για την παραγωγή τέτοιων κυκλωμάτων περιλαμβάνουν επιταξιακή ανάπτυξη, διάχυτη πρόσμιξη ακαθαρσιών, ανάπτυξη οξειδίων και χάραξη οξειδίων, χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία για την κατασκευή προτύπου.

Τα εξαρτήματα πάνω από τη γκοφρέτα περιλαμβάνουν αντιστάσεις, τρανζίστορ, διόδους, πυκνωτές κ.λπ.… Το πιο περίπλοκο στοιχείο για την κατασκευή πάνω από τα IC είναι τα τρανζίστορ. Τα τρανζίστορ είναι διαφόρων τύπων όπως CMOS, BJT, FET. Επιλέγουμε τον τύπο της τεχνολογίας τρανζίστορ που θα εφαρμοστεί μέσω ενός IC βάσει των απαιτήσεων. Σε αυτό το άρθρο ας εξοικειωθούμε με την έννοια του Κατασκευή CMOS (ή) κατασκευή τρανζίστορ ως CMOS.

Κατασκευή CMOS

Για απαίτηση λιγότερης ισχύος Τεχνολογία CMOS χρησιμοποιείται για την εφαρμογή τρανζίστορ. Εάν χρειαζόμαστε ένα γρηγορότερο κύκλωμα τότε τα τρανζίστορ εφαρμόζονται IC που χρησιμοποιεί BJT . Κατασκευή του Τρανζίστορ CMOS καθώς τα IC μπορούν να γίνουν με τρεις διαφορετικές μεθόδους.

Η τεχνολογία N-well / P-well, όπου η διάχυση τύπου-n γίνεται πάνω από ένα υπόστρωμα τύπου p ή η διάχυση τύπου p γίνεται πάνω από το υπόστρωμα τύπου n αντίστοιχα.

ο Τεχνολογία δύο πηγαδιών , που NMOS και τρανζίστορ PMOS αναπτύσσονται πάνω από τη γκοφρέτα με ταυτόχρονη διάχυση πάνω σε μια επιταξιακή βάση ανάπτυξης, παρά σε ένα υπόστρωμα.

Η διαδικασία σιλικόνης On Insulator, όπου αντί να χρησιμοποιείται πυρίτιο ως υπόστρωμα, χρησιμοποιείται μονωτικό υλικό για τη βελτίωση της ταχύτητας και της ευθυγράμμισης.

Τεχνολογία N- well / P- well

Το CMOS μπορεί να ληφθεί ενσωματώνοντας και τα δύο Τρανζίστορ NMOS και PMOS πάνω από την ίδια γκοφρέτα πυριτίου. Στην τεχνολογία Ν-φρεάτιο ένα φρεάτιο τύπου Ν διαχέεται σε υπόστρωμα τύπου ρ ενώ στο φρεάτιο P είναι αντίστροφο.

“τι είναι η γέφυρα στη δικτύωση και πώς λειτουργεί ”

Βήματα Κατασκευής CMOS

ο Διαδικασία κατασκευής CMOS ροή διεξάγεται χρησιμοποιώντας είκοσι βασικά στάδια κατασκευής ενώ κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας τεχνολογία N-well / P-well.

Παραγωγή CMOS χρησιμοποιώντας Ν καλά

Βήμα 1: Πρώτα επιλέγουμε ένα υπόστρωμα ως βάση για την κατασκευή. Για Ν- φρεάτιο, επιλέγεται υπόστρωμα πυριτίου τύπου Ρ.

Υπόστρωμα

Βήμα 2 - Οξείδωση: Η επιλεκτική διάχυση ακαθαρσιών τύπου-n επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας Si02 ως φράγμα που προστατεύει τμήματα της γκοφρέτας από μόλυνση του υποστρώματος. ΣιΟ_δύοδιαμορφώνεται με διαδικασία οξείδωσης που πραγματοποιείται εκθέτοντας το υπόστρωμα σε υψηλής ποιότητας οξυγόνο και υδρογόνο σε θάλαμο οξείδωσης σε περίπου 1000⁰ντο

Οξείδωση

Βήμα 3 - Ανάπτυξη του φωτογράφο: Σε αυτό το στάδιο για να επιτραπεί η επιλεκτική χάραξη, το στρώμα SiO2 υποβάλλεται στη διαδικασία φωτολιθογραφίας. Σε αυτή τη διαδικασία, η γκοφρέτα επικαλύπτεται με μια ομοιόμορφη μεμβράνη ενός φωτοευαίσθητου γαλακτώματος.

Αναπτύσσοντας Φωτορεστιστής

Βήμα 4 - Κάλυψη: Αυτό το βήμα είναι η συνέχεια της διαδικασίας φωτολιθογραφίας. Σε αυτό το βήμα, δημιουργείται ένα επιθυμητό σχέδιο ανοίγματος χρησιμοποιώντας ένα διάτρητο. Αυτό το στένσιλ χρησιμοποιείται ως μάσκα πάνω από το φωτοανθεκτικό. Το υπόστρωμα εκτίθεται τώρα ακτίνες UV ο φωτοανθεκτικός που υπάρχει κάτω από τις εκτεθειμένες περιοχές της μάσκας πολυμερίζεται.

Κάλυψη του Φωτορεστιστή

Βήμα 5 - Αφαίρεση μη εκτεθειμένου φωτογράφου: Η μάσκα αφαιρείται και η μη εκτεθειμένη περιοχή του φωτοανθεκτικού διαλύεται με ανάπτυξη πλακιδίων χρησιμοποιώντας μια χημική ουσία όπως το Τριχλωροαιθυλένιο.

Αφαίρεση φωτοανθεκτικού

Βήμα 6 - χαρακτική: Η γκοφρέτα βυθίζεται σε ένα χαρακτικό διάλυμα υδροφθορικού οξέος, το οποίο απομακρύνει το οξείδιο από τις περιοχές μέσω των οποίων πρέπει να διαχέονται τα προσκολλητικά.

Χαρακτική του SiO2

Βήμα 7 - Αφαίρεση ολόκληρου στρώματος φωτογράφων: Κατά τη διάρκεια της διαδικασία χάραξης , τα τμήματα του SiO2 που προστατεύονται από το φωτοανθεκτικό στρώμα δεν επηρεάζονται. Η φωτοανθεκτική μάσκα απογυμνώνεται τώρα με χημικό διαλύτη (ζεστό H2SO4).

Αφαίρεση στρώματος φωτοανθεκτικών

Βήμα 8 - Σχηματισμός φρεατίου Ν: Οι ακαθαρσίες τύπου-n διαχέονται στο υπόστρωμα τύπου ρ μέσω της εκτεθειμένης περιοχής σχηματίζοντας έτσι ένα φρεάτιο Ν.

Σχηματισμός Ν-πηγαδιού

Βήμα 9 - Αφαίρεση SiO2: Η στιβάδα του Si02 απομακρύνεται τώρα χρησιμοποιώντας υδροφθορικό οξύ.

Αφαίρεση SiO2

Βήμα 10 - Απόθεση πολυπυριτίου: Η κακή ευθυγράμμιση της πύλης του α Τρανζίστορ CMOS θα οδηγούσε στην ανεπιθύμητη χωρητικότητα που θα μπορούσε να βλάψει το κύκλωμα. Επομένως, για να αποφευχθεί αυτή η «διαδικασία ευθυγράμμισης πύλης» προτιμάται όταν οι περιοχές πύλης σχηματίζονται πριν από το σχηματισμό πηγής και αποστράγγισης χρησιμοποιώντας εμφύτευση ιόντων.

Απόθεση πολυπυριτίου

Το Polysilicon χρησιμοποιείται για το σχηματισμό της πύλης επειδή μπορεί να αντέξει την υψηλή θερμοκρασία μεγαλύτερη από 8000⁰γ όταν μια γκοφρέτα υποβάλλεται σε μεθόδους ανόπτησης για σχηματισμό πηγής και αποστράγγισης. Το Polysilicon εναποτίθεται χρησιμοποιώντας Διαδικασία χημικής εναπόθεσης πάνω από ένα λεπτό στρώμα οξειδίου πύλης. Αυτό το λεπτό οξείδιο πύλης κάτω από το στρώμα Πολυσιλικόνης αποτρέπει την περαιτέρω πρόσμιξη κάτω από την περιοχή πύλης.

Βήμα 11 - Σχηματισμός Περιοχής Πύλης: Εκτός από τις δύο περιοχές που απαιτούνται για το σχηματισμό της πύλης για Τρανζίστορ NMOS και PMOS το υπόλοιπο μέρος του Polysilicon αφαιρείται.

Σχηματισμός Περιοχής Πύλης

Βήμα 12 - Διαδικασία οξείδωσης: Ένα στρώμα οξείδωσης εναποτίθεται πάνω από τη γκοφρέτα που λειτουργεί ως ασπίδα για περαιτέρω διαδικασίες διάχυσης και επιμετάλλωσης .

Διαδικασία οξείδωσης

Βήμα 13 - Μάσκα και διάχυση: Για την κατασκευή περιοχών για διάχυση ακαθαρσιών τύπου-n χρησιμοποιώντας τη διαδικασία κάλυψης γίνονται μικρά κενά.

Συγκάλυψη

Χρησιμοποιώντας τη διαδικασία διάχυσης, αναπτύσσονται τρεις περιοχές n + για το σχηματισμό τερματικών NMOS.

Ν-διάχυση

Βήμα 14 - Απομάκρυνση οξειδίου: Το στρώμα οξειδίου αφαιρείται.

Απομάκρυνση οξειδίου

Βήμα 15 - Διάχυση τύπου P: Πραγματοποιείται παρόμοια με τη διάχυση τύπου-n για σχηματισμό των ακροδεκτών της διάχυσης τύπου ρΜΜ.

Διάχυση τύπου P

Βήμα 16 - Τοποθέτηση οξειδίου παχύ πεδίου: Πριν από τον σχηματισμό των μεταλλικών ακροδεκτών ένα παχύ οξείδιο πεδίου σχεδιάζεται για να σχηματίσει ένα προστατευτικό στρώμα για τις περιοχές της γκοφρέτας όπου δεν απαιτούνται ακροδέκτες.

Στρώμα πυκνού οξειδίου

“αισθητήρας προστασίας από ξηρή λειτουργία αντλίας ”

Βήμα 17 - Μεταλλοποίηση: Αυτό το βήμα χρησιμοποιείται για το σχηματισμό μεταλλικών τερματικών που μπορούν να παρέχουν διασυνδέσεις. Το αλουμίνιο απλώνεται σε ολόκληρη τη γκοφρέτα.

Μεταλλοποίηση

Βήμα 18 - Αφαίρεση περίσσειας μετάλλου: Η περίσσεια μετάλλου αφαιρείται από τη γκοφρέτα.

Βήμα 19 - Σχηματισμός τερματικών: Στα κενά που σχηματίζονται μετά την αφαίρεση περίσσειας μεταλλικών ακροδεκτών σχηματίζονται για τις διασυνδέσεις.

Σχηματισμός τερματικών

Βήμα 20 - Εκχώρηση ονομάτων τερματικού: Τα ονόματα εκχωρούνται στα τερματικά του Τρανζίστορ NMOS και PMOS .

Εκχώρηση ονομάτων τερματικού

Κατασκευή CMOS με χρήση τεχνολογίας P well

Η διαδικασία του φρεατίου p είναι παρόμοια με τη διαδικασία του φρεατίου Ν εκτός από το ότι χρησιμοποιείται εδώ υπόστρωμα τύπου η και διεξάγονται διαχύσεις τύπου ρ. Για απλότητα συνήθως, προτιμάται η διαδικασία Ν πηγάδι.

Διπλή κατασκευή σωλήνων CMOS

Χρησιμοποιώντας τη διαδικασία δύο σωλήνων μπορεί κανείς να ελέγξει το κέρδος των συσκευών τύπου P και Ν. Διάφορα βήματα που εμπλέκονται στο κατασκευή CMOS χρησιμοποιώντας μέθοδο Twin-tube έχουν ως εξής

- Λαμβάνεται ένα ελαφρώς ενισχυμένο υπόστρωμα τύπου n ή ρ και χρησιμοποιείται το επιταξιακό στρώμα. Το επιταξιακό στρώμα προστατεύει το πρόβλημα μανδάλωσης στο τσιπ.

- Αναπτύσσονται οι στιβάδες πυριτίου υψηλής καθαρότητας με μετρημένο πάχος και ακριβή συγκέντρωση προσμείξεων.

- Σχηματισμός σωλήνων για πηγάδια P και N.

- Κατασκευή λεπτού οξειδίου για προστασία από τη μόλυνση κατά τη διάρκεια διαδικασιών διάχυσης.

- Η πηγή και η αποστράγγιση σχηματίζονται χρησιμοποιώντας μεθόδους εμφύτευσης ιόντων.

- Οι περικοπές γίνονται για την κατασκευή μερίδων για μεταλλικές επαφές.
- Η μεταλλοποίηση γίνεται για τη σχεδίαση μεταλλικών επαφών

Διάταξη IC CMOS

Η άνω όψη του στο CMOS κατασκευή και διάταξη δίνεται. Εδώ μπορείτε να δείτε καθαρά διάφορες μεταλλικές επαφές και διαχύσεις φρεατίων Ν.

Διάταξη IC CMOS

Επομένως, αυτό είναι όλο Τεχνικές κατασκευής CMOS . Ας σκεφτούμε μια γκοφρέτα 1 σε τετράγωνο χωρισμένη σε 400 μάρκες επιφάνειας 50 mil με 50 mils. Χρειάζεται μια έκταση 50 mil2 για την κατασκευή ενός τρανζίστορ. Ως εκ τούτου, κάθε IC περιέχει 2 τρανζίστορ, επομένως υπάρχουν 2 x 400 = 800 τρανζίστορ χτισμένα σε κάθε γκοφρέτα. Εάν υποβληθούν σε επεξεργασία 10 γκοφρέτες κάθε παρτίδα, τότε 8000 τρανζίστορ μπορούν να κατασκευαστούν ταυτόχρονα. Ποια είναι τα διάφορα στοιχεία που έχετε παρατηρήσει σε ένα IC;