CMOS

CMOS (Complementary metal oxide semiconductor) er en klasse av mange forskjellige integrerte kretser. CMOS brukes blant annet i mikroprosessorer.

Fabrikasjon av en CMOS

Denne artikkelen er under arbeid. Det er lov å hjelpe til, og det er lov å pirke.

I faget Halvlederteknologi lærer man hvordan en CMOS fabrikeres. Prosessen kan deles inn i 14 godt gjennomtenkte trinn.

1. Twin well process

Utgangspunktet for prosesseringen er en wafer av silisium. Se figuren under. Epilaget er av samme art som substratet, men renere og har færre defekter. Silisiumet er på forhånd dopet.

Denne renses, renhet er uhyre viktig. Partikler, uorganiske og organiske forurensninger og oksidlag som skapes naturlig når silisiumet kommer i kontakt med oksygen ønskes fjernet. Deretter gror man med vilje et nytt oksidlag (temperatur rundt 1000 grader Celsius og tilførsel av Oksygen). Dette laget beskytter waferen mot nye forurensninger og forindrer at det blir stor skade på wafer ved kommende ioneimplantasjon. Det skal også bli lettere å kontrollere dybden ionene implanteres i. For ordens skyld er laget 150 Å tykt.

Ved Fotolitografi lages en maske med åpning der det skal lages i brønner, i første omgang for n-brønner. Seinere gjøres samme prosess for p-brønnene. N-brønnene og p-brønnene er de dopede områdene mellom source og drain i transistoren, hvorpå dopingen er av motsatt art enn den i source og drain. Fra nå av brukes det engelse ordet for brønn - well.

p+ og p- angir henholdsvis tyngre og lett doping. Etter ioneimplatasjonen strippes fotoresisten med oksygen, og man renser waferen. Så varmebehandles waferen slik at dopingatomene aktiveres og eventuelle ødeleggelser av silisiumkrystallet helbredes. Dette står bedre begrunnet i artikkelen om ioneimplantasjon.

Alt dette gjøres en gang til, men nå lages en p-well.

2. Shallow trench isolation process

Nå ønsker man å lage isolerende områder mellom p- og n-wells. Dette er en prosess som krever mange steg. Foreløpig gidder jeg bare å gi en kort oppsummering:

2.1 Oksidlaget fra (1) fjernes, og nytt lages på samme måte.

2.2 Et lag med nitrid deposteres ved LPCVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition). Nitridlaget har til felles med oksidlag at det fungerer som maske, men siden nitridlaget er mye hardere fungerer det også som poleringsstopp - noe som kommer til nytte senere.

2.3 Ny runde med fotolitografi for å lage en maske for etsing.

2.4 Gropene som skal fylles med isolerende oksid etses. Etisingen skal være anisotrop.

2.5 Oksidlag dannes på veggene i gropa.

2.6 Oksid deponeres på wafer ved CVD.

2.7 Kjemisk-Mekanisk polering av oksidlaget. Poleringen stopper når man når nitridlaget.

2.8 Nitridlaget etses bort.

3. Poly gate structure process

Gaten lages av polysilisium, fra nå av kalt poly. Poly deponeres på wafer, og maske lages. Poly etses bort, bortsett fra der gaten er.

4. Lightly doped drain

Source og drain dopes i to omganger. Først en lett og grunn doping, deretter en sterkere og litt dypere doping. I denne omgangen gjøres den lette dopingen.

Man bruker fotolitografi for å lage en maske som beskytter n-well når man skal dope source og drain til p-well. Source og drain til p-well skal nemlig n-dopes, og man ønsker for all del ikke å øke dopingkonsentrasjonen i n-well. Motsatt i tilfellet for doping av source og drain til n-well.

Dopingen skjer med tyngre dopingmidler for at dopingen ikke skal trenge for dypt ned. Arsenikk (As) of BF₂ brukes som henholdsvis n- og p-doping.

5. Sidewall spacer formation

Før man kommer med den tyngre dopingen i source og drain, ønsker man å beskytte sideveggene til gate, slik at ioner ikke hopper inn der. Et oksidlag deponeres, og etses bort (dry plasma etch). Det flotte er at når man etser på denne måten (anisotropt) blir oksidet på sideveggene til gate igjen.

6. Source/Drain implant

På lignede måte som i (4) dopes source og drain. Denne gangen implanteres dopingatomne litt dypere.

7. Contact formation

Man ønsker å lage kontakter på de aktive områdene (source, drain, gate). Titan brukes. Titan binder seg godt til silisium, men ikke silisiumoksid. Derfor kan man deponere Titan på waferen, og etse. Kun titanet som ligger oppå oksider forsvinner. Det er tøffe krav til kontaktenes egenskaper; ... her er det noen krav. Kommer senere.