مقدمة
يسعدني أن أخبرك بالتفصيل عن دائرتي المتكاملة الأولى وأن أشارك التقلبات والمنعطفات لهذا المشروع ، الذي كنت قد شاركت فيه خلال العام الماضي. آمل أن يلهم نجاحي الآخرين ويساعد على بدء ثورة في إنتاج رقائق البطاطس المنزلية. عندما بدأت هذا المشروع ، لم يكن لدي أي فكرة عما انخرطت فيه ، لكنني تعلمت في النهاية أكثر مما فكرت بالفيزياء والكيمياء والبصريات والإلكترونيات والعديد من المجالات الأخرى.
بالإضافة إلى ذلك ، لم تصاحب جهودي سوى المراجعات والدعم الأكثر إيجابية من جميع أنحاء العالم. أنا ممتن بصدق لكل من ساعدني وأعطى النصيحة وألهم هذا المشروع. خاصة لوالدي المذهلين الذين لا يدعمونني ويشجعونني دائمًا في أقرب وقت ممكن فحسب ، بل يوفرون أيضًا مكان عمل ويتحملون تكلفة الكهرباء ... شكرًا لك!
بدون مزيد من اللغط ، أقدم أول دائرة متكاملة (IC) تم تصنيعها بطريقة الطباعة الحجرية في ظروف المنزل (المرآب) - شريحة PMOS الخاصة بمكبر الصوت التفاضلي المزدوج Z1.
أقول "صنع بالطريقة الليثوغرافية" لأن جيري إلسورث قام بتصنيع أول ترانزستورات وبوابات منطقية (مع اتصالات تم وضعها بعناية بواسطة إيبوكسي موصل يدويًا) وأظهر للعالم أن هذا ممكن. مستوحاة من عملها ، أقدم دوائر متكاملة تم إنشاؤها بواسطة عملية حجرية ضوئية قياسية قابلة للتطوير. وغني عن القول أن هذه خطوة منطقية إلى الأمام مقارنة بعملي السابق ، حيث قمت
بإعادة إنتاج ترانزستور تأثير مجال جيري .
التصميم
لقد
طورت مضخم صوت Z1 عندما كنت أبحث عن شريحة بسيطة لاختبار وضبط عملي. التصميم مصنوع في
Magic VLSI لعملية PMOS مع أربعة أقنعة (منطقة نشطة / مخدرة وأكسيد البوابة ونافذة الاتصال وطبقة معدنية عليا). لدى PMOS ميزة على NMOS عند النظر في الشوائب الأيونية بسبب التصنيع في المرآب. تم تصميم الأقنعة بنسبة عرض إلى ارتفاع 16: 9 لتبسيط الإسقاط.
تخطيط VLSI السحري
توليد القناع
منطقة نشطة
مصراع
اتصل
معدنيبلغ حجم المصراع حوالي 175 ميكرونًا ، على الرغم من أن العناصر التي يصل حجمها إلى 2 ميكرون مصنوعة على الشريحة للتحقق. يحتوي كل قسم من مكبرات الصوت (في الوسط واليمين) على ثلاثة ترانزستورات (اثنان
لدائرة دفع وسحب مع مقاومة الكاثود الشائعة وواحد كمصدر / مقاوم للحمل الحالي) ، مما يعني إجمالي ستة ترانزستورات لكل IC. الجانب الأيسر من المقاومات والمكثفات والثنائيات وعناصر الاختبار الأخرى لدراسة خصائص العملية. كل عقدة من الأزواج التفاضلية تأتي مع دبوس منفصل على إطار الإخراج ، بحيث يمكن دراستها ، وإذا لزم الأمر ، قم بإضافة إزاحة خارجية.
تصنيع
تتكون عملية التصنيع من 66 خطوة فردية وتستغرق حوالي 12 ساعة. يصل العائد إلى 80 ٪ للعناصر الكبيرة ، ولكنه يعتمد بشكل كبير على كمية القهوة التي تشربها في يوم معين. قمت أيضًا بتسجيل مقطع فيديو على موقع يوتيوب حول
نظرية إنتاج الدوائر
الصغيرة ، وحول تصنيع ترانزستورات MOS بشكل منفصل .
رقائق السليكون 50 مم (2 ") مقسمة إلى بلورات 5.08 × 3.175 مم (حوالي 16 مم² في المنطقة)
باستخدام ليزر ألياف Epilog . يتم اختيار حجم البلورة ليلائم حزمة Kyocera DIP المكونة من 24 سنًا.
صفيحة N من النوع 50 مم
صفيحة N من النوع 50 ممأولاً ، تتم إزالة الأكسيد الأصلي من الصفيحة عن طريق الغمر السريع في فلوريد الهيدروجين المخفف متبوعًا بمعالجة مكثفة بخليط حفر سمكة البيرانا (خليط من حمض الكبريتيك وبيروكسيد الهيدروجين) ، وهو خليط من RCA 1 (الماء ، الأمونيا ، بيروكسيد الهيدروجين) ، خليط من RCA 2 (الماء ، حمض الهيدروكلوريك ، بيروكسيد الهيدروجين) والغمر المتكرر في فلوريد الهيدروجين.
ينمو الأكسيد الواقي
حرارياً في بخار الماء من الهواء المحيط (الأكسدة الرطبة) إلى سمك 5000-8000 Å.
الأكسدة الحرارية الرطبة
الأكسدة الحرارية الرطبة
فرن الأنبوب
صفيحة مؤكسدةالصفيحة المؤكسدة جاهزة للتكوين في المنطقة النشطة / المخدرة (من النوع P). يتم تطبيق مقاوم الضوء
AZ4210 على
ثدي يدور عند حوالي 3000 دورة في الدقيقة ، مما يشكل
طبقة بسماكة 3.5 ميكرون تقريبًا ، والتي يتم تجفيفها بلطف عند 90 درجة مئوية على طبق ساخن.
عملية الطباعة الحجرية بالتفصيلتتم معالجة القناع الأساسي بواسطة
السائر الليثوغرافي الضوئي مارك الرابع في الأشعة فوق البنفسجية بخطوة 365 نانومتر - ويتم عمل البنية في محلول هيدروكسيد البوتاسيوم.
مقاومة الهيكل
مقاومة الهيكل
تجفيف لمدة 30 دقيقة
النقش الأساسيبعد ذلك ، يتم ترسيخ بنية المقاومة ويتم استخدام
العديد من الحيل الأخرى لتوفير التصاق جيد ومقاومة كيميائية أثناء الحفر التالي في فلوريد الهيدروجين ، الذي ينقل هذا الهيكل إلى طبقة أكسيد البوابة ويفتح النوافذ على السيليكون العاري للمنشطات. ستصبح هذه المناطق لاحقًا مصدرًا واستنزافًا للترانزستور.
تغلق الجسيمات المصراع
بلورات سبيكة مع بوابات محفورةبعد ذلك ، يتم تنفيذ السبائك ، أي إدخال الشوائب من مصدر صلب أو سائل. كمصدر صلب ، يتم استخدام قرص نتريد البورون ، الموجود بالقرب من اللوحة في فرن أنبوبي (أقل من 2 مم). بدلاً من ذلك ، يمكنك تحضير مصدر سائل لحمض الفوسفوريك أو البوريك في الماء أو المذيب - وتناول المنشطات وفقًا للعملية القياسية
للتطبيق / الغمر في فلوريد الهيدروجين / نشر / إزالة الصقيل .
ثم يتم تكرار خطوات الزخرفة المذكورة أعلاه مرتين لأكسيد البوابة وطبقة التلامس. يجب أن يكون أكسيد البوابة أرق بكثير (أقل من 750 Å ~) من أكسيد الحماية ، لذلك يتم حفر المناطق بين المصرف / المصدر - ويزرع أكسيد أرق هناك. بعد ذلك ، بما أن اللوحة بأكملها قد تم أكسدةها في خطوة المنشطات ، فيجب حفر نوافذ التلامس لإنشاء اتصال للطبقة المعدنية مع مناطق المصدر / الصرف المخدرة.
الآن يتم تشكيل جميع الترانزستورات وجاهزة للاتصالات مع الوصول إلى إطار الإخراج. يتم
رش الطبقة الواقية من الألومنيوم (400-500 نانومتر) أو
رشها حراريًا على اللوحة. والبديل هو عملية الإقلاع ، عندما يتم تشكيل مقاوم للضوء أولاً ثم يتم إيداع المعدن.
معدن رش
معدن رشثم يتم تشكيل نمط الطباعة الحجرية الضوئية على الطبقة المعدنية ويتم حفره في حمض الفوسفوريك الحار لإكمال تصنيع الدائرة المتكاملة. الخطوات النهائية قبل الاختبار هي الفحص البصري والتلدين عالي الحرارة للألمنيوم لتكوين وصلات أومية.
الرقاقة جاهزة الآن للتغليف والاختبار.
ليس لدي تثبيت ميكرويلدر (أقبل التبرعات!) ، لذا فإن عملية الاختبار تقتصر الآن على ملامسة اللوحة بملاقط حادة أو باستخدام لوح رقائق (من الصعب المحاذاة) مع اتصال بشخصية. يتم أيضًا اختبار مكبر الصوت التفاضلي تجريبيًا في الدائرة للتحقق من قابلية التشغيل.
المنحنى الرابع
المنحنى الرابعمنحنى FET Ids / Vds من جهاز NMOS السابقبالطبع ، هذه المنحنيات بعيدة عن المثالية (بما في ذلك بسبب المقاومة التلامسية المفرطة وعوامل أخرى مماثلة) ، لكنني أتوقع تحسنًا في الأداء إذا حصلت على تركيب اللحام الدقيق. هذا قد يفسر جزئيا بعض الاختلافات من الكريستال إلى الكريستال. قريبا سأضيف منحنيات IV جديدة ، وخصائص الترانزستور ومضخم التفاضلية إلى
هذه الصفحة .