كانت هناك حقبة ، حيث كانت أجهزة الكمبيوتر ضخمة في الحجم بحيث يمكن تركيبها بسهولة ، حيث كانت هناك حاجة إلى مساحة في الغرفة. لكنها اليوم متطورة لدرجة أنه يمكننا حتى حملها كدفتر ملاحظات بسهولة. كان الابتكار الذي جعل هذا ممكنًا هو مفهوم الدوائر المتكاملة. في دوائر متكاملة ، عدد كبير من النشطاء و العناصر السلبية جنبًا إلى جنب مع وصلاتهم البينية يتم تطويرها عبر رقاقة صغيرة من السيليكون تبلغ عادةً 50 × 50 مل في المقطع العرضي. تشمل العمليات الأساسية المتبعة لإنتاج مثل هذه الدوائر النمو الفوقي ، وانتشار الشوائب المقنع ، ونمو الأكسيد ، وحفر الأكسيد ، باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية لعمل نمط.
المكونات الموجودة فوق الرقاقة تشمل المقاومات ، الترانزستورات ، الثنائيات ، المكثفات ، إلخ ... العنصر الأكثر تعقيدًا في التصنيع على الدوائر المتكاملة هو الترانزستورات. الترانزستورات من أنواع مختلفة مثل CMOS و BJT و FET. نختار نوع تقنية الترانزستور التي سيتم تنفيذها على IC بناءً على المتطلبات. في هذه المقالة ، دعونا نتعرف على مفهوم تصنيع CMOS (أو) تصنيع الترانزستورات مثل CMOS.
تصنيع CMOS
لمتطلبات تبديد طاقة أقل تقنية CMOS يستخدم لتنفيذ الترانزستورات. إذا احتجنا إلى دائرة أسرع ، فسيتم تنفيذ الترانزستورات استخدام IC BJT . تلفيق الترانزستورات CMOS حيث يمكن عمل IC بثلاث طرق مختلفة.
تقنية N-well / P-well ، حيث يتم الانتشار من النوع n على ركيزة من النوع p أو الانتشار من النوع p على ركيزة من النوع n على التوالي.
ال تكنولوجيا بئر مزدوج ، أين NMOS والترانزستور PMOS يتم تطويرها فوق الرقاقة عن طريق الانتشار المتزامن على قاعدة نمو فوق المحور ، بدلاً من الركيزة.
عملية السيليكون على العازل ، حيث بدلاً من استخدام السيليكون كركيزة ، يتم استخدام مادة عازلة لتحسين السرعة وحساسية المزلاج.
تقنية N- well / P- well
يمكن الحصول على CMOS من خلال دمج كليهما الترانزستورات NMOS و PMOS على نفس رقاقة السيليكون. في تقنية N – well ، ينتشر البئر من النوع n على ركيزة من النوع p بينما في P- يكون العكس.
خطوات تصنيع CMOS
ال عملية تصنيع CMOS تدفق يتم إجراؤها باستخدام عشرين خطوة تصنيع أساسية أثناء التصنيع باستخدام تقنية N- well / P-well.
صنع CMOS باستخدام N جيدا
الخطوة 1: نختار أولاً الركيزة كقاعدة للتصنيع. بالنسبة لـ N- well ، يتم اختيار ركيزة السيليكون من النوع P.
المادة المتفاعلة
الخطوة الثانية - الأكسدة: يتم تحقيق الانتشار الانتقائي للشوائب من النوع n باستخدام SiO2 كحاجز يحمي أجزاء من الرقاقة ضد تلوث الركيزة. SiOاثنينيتم وضعه بواسطة عملية الأكسدة التي تم إجراؤها لتعريض الركيزة لأكسجين عالي الجودة وهيدروجين في غرفة أكسدة عند حوالي 10000ج
أكسدة
الخطوة الثالثة - نمو مقاوم الضوء: في هذه المرحلة للسماح بالحفر الانتقائي ، تخضع طبقة SiO2 لعملية الطباعة الحجرية الضوئية. في هذه العملية ، يتم تغليف الرقاقة بفيلم منتظم من مستحلب حساس للضوء.
تزايد مقاوم الضوء
الخطوة الرابعة - اخفاء: هذه الخطوة هي استمرار لعملية الطباعة الحجرية الضوئية. في هذه الخطوة ، يتم عمل نمط الانفتاح المطلوب باستخدام استنسل. يستخدم هذا الاستنسل كقناع فوق مقاوم الضوء. الركيزة معرضة الآن ل الأشعة فوق البنفسجية يتم بلمرة مقاوم الضوء الموجود تحت المناطق المكشوفة من القناع.
اخفاء مقاوم الضوء
الخطوة 5 - إزالة مقاوم الضوء غير المكشوف: تتم إزالة القناع ويتم إذابة المنطقة غير المكشوفة لمقاوم الضوء عن طريق تطوير رقاقة باستخدام مادة كيميائية مثل ثلاثي كلورو إيثيلين.
إزالة مقاوم الضوء
الخطوة السادسة - النقش: يتم غمر الرقاقة في محلول حفر من حمض الهيدروفلوريك ، والذي يزيل الأكسيد من المناطق التي يتم من خلالها نشر المنشطات.
حفر SiO2
الخطوة 7 - إزالة طبقة مقاومة الضوء الكاملة: أثناء ال عملية الحفر ، لا تتأثر أجزاء SiO2 المحمية بواسطة طبقة مقاومة الضوء. يتم الآن تجريد القناع المقاوم للضوء بمذيب كيميائي (H2SO4 ساخن).
إزالة طبقة مقاومة الضوء
الخطوة 8 - تكوين N-well: تنتشر الشوائب من النوع n في الركيزة من النوع p عبر المنطقة المكشوفة وبالتالي تشكل بئر N-.
تشكيل N- جيدا
الخطوة 9 - إزالة SiO2: تتم الآن إزالة طبقة SiO2 باستخدام حمض الهيدروفلوريك.
إزالة SiO2
الخطوة العاشرة - ترسيب البولي سيليكون: محاذاة بوابة أ الترانزستور CMOS من شأنه أن يؤدي إلى السعة غير المرغوب فيها والتي يمكن أن تضر الدائرة. لذلك ، لمنع 'عملية البوابة ذاتية المحاذاة' ، يفضل أن تتشكل مناطق البوابة قبل تكوين المصدر والصرف باستخدام غرس الأيونات.
ترسب البولي سيليكون
يستخدم البولي سيليكون لتشكيل البوابة لأنها يمكن أن تتحمل درجة حرارة عالية أكبر من 80000ج عندما تخضع الرقاقة لطرق التلدين لتشكيل المصدر والتصريف. يتم ترسيب البولي سيليكون باستخدام عملية الترسيب الكيميائي فوق طبقة رقيقة من أكسيد البوابة. يمنع أكسيد البوابة الرقيق هذا الموجود أسفل طبقة البولي سيليكون مزيدًا من المنشطات تحت منطقة البوابة.
الخطوة 11 - تشكيل منطقة البوابة: فيما عدا المنطقتين المطلوبتين لتشكيل البوابة الترانزستورات NMOS و PMOS يتم تجريد الجزء المتبقي من البولي سيليكون.
تشكيل منطقة البوابة
الخطوة 12 - عملية الأكسدة: يتم ترسيب طبقة أكسدة فوق الرقاقة التي تعمل كدرع لمزيد من عمليات الانتشار والتعدين .
عملية الأكسدة
الخطوة الثالثة عشر - اخفاء وانتشار: لعمل مناطق لنشر الشوائب من النوع n باستخدام عملية الإخفاء ، يتم عمل فجوات صغيرة.
قناع
باستخدام عملية الانتشار ، يتم تطوير ثلاث مناطق n لتشكيل محطات NMOS.
N- الانتشار
الخطوة 14 - إزالة الأكسيد: يتم تجريد طبقة الأكسيد.
إزالة الأكسيد
الخطوة 15 - الانتشار من النوع P: يتم تنفيذ على غرار الانتشار من النوع n لتشكيل أطراف انتشار PMOS من النوع p.
انتشار نوع P.
الخطوة 16 - وضع أكسيد المجال السميك: قبل تشكيل المحطات المعدنية ، يتم وضع أكسيد مجال سميك لتشكيل طبقة واقية لمناطق الرقاقة حيث لا يلزم وجود أطراف.
طبقة أكسيد المجال السميك
الخطوة 17 - المعدنة: تستخدم هذه الخطوة لتشكيل أطراف معدنية يمكن أن توفر وصلات بينية. ينتشر الألمنيوم على الرقاقة بأكملها.
المعدنة
الخطوة 18 - إزالة المعادن الزائدة: تتم إزالة المعدن الزائد من الرقاقة.
الخطوة 19 - تشكيل المحطات: في الفجوات التي تشكلت بعد إزالة المحطات المعدنية الزائدة تتشكل من أجل الترابط.
تشكيل المحطات
الخطوة 20 - تعيين أسماء الأجهزة الطرفية: يتم تعيين الأسماء لمحطات الترانزستورات NMOS و PMOS .
تعيين أسماء المحطة الطرفية
صنع CMOS باستخدام تقنية P well
تشبه عملية البئر p عملية البئر N فيما عدا أنه يتم استخدام الركيزة من النوع n ويتم تنفيذ عمليات النشر من النوع p. من أجل التبسيط عادة ، يفضل استخدام عملية N well.
تصنيع الأنبوب المزدوج لـ CMOS
باستخدام عملية الأنبوب المزدوج ، يمكن للمرء التحكم في اكتساب الأجهزة من النوع P و N. خطوات مختلفة متضمنة في تصنيع CMOS باستخدام طريقة الأنبوب المزدوج هم كالآتي
- يتم أخذ ركيزة مخدرة قليلاً من النوع n أو p ويتم استخدام الطبقة فوق المحورية. تحمي الطبقة فوق المحورية مشكلة المزلاج في الشريحة.
- يتم زراعة طبقات السيليكون عالية النقاء ذات السماكة المقاسة وتركيز الشوائب الدقيق.
- تشكيل أنابيب لبئر P و N.
- بناء أكسيد رقيق للحماية من التلوث أثناء عمليات الانتشار.
- يتكون المصدر والصرف باستخدام طرق غرس الأيونات.
- يتم إجراء التخفيضات لعمل أجزاء من الملامسات المعدنية.
- يتم المعدنة لرسم الاتصالات المعدنية
CMOS IC تخطيط
المنظر العلوي من إلى CMOS التصنيع والتخطيط معطى. هنا يمكن رؤية مختلف الملامسات المعدنية وانتشار البئر N بوضوح.
CMOS IC تخطيط
وبالتالي ، هذا كل شيء عن تقنيات تصنيع CMOS . دعونا نفكر في رقاقة 1 في مربع مقسمة إلى 400 شريحة بمساحة 50 مل في 50 مل. يستغرق تصنيع الترانزستور مساحة 50 م 2. ومن ثم يحتوي كل IC على 2 ترانزستور وبالتالي يوجد 2 × 400 = 800 ترانزستور مبني على كل رقاقة. إذا تم معالجة 10 رقائق لكل دفعة ، فيمكن تصنيع 8000 ترانزستور في وقت واحد. ما هي المكونات المختلفة التي لاحظتها على IC؟
