عملية التصنيع التفصيلية للرقائق!

█ الأكسدة

أولا، يتم تطبيق طبقة أكسيد على الرقاقة المقطعة والمصقولة. الغرض من الأكسدة هو تكوين طبقة واقية (طبقة أكسيد) على سطح الرقاقة الهشة. تعمل طبقة الأكسيد هذه على منع تأثر الرقاقة بالشوائب الكيميائية وتيار التسرب والحفر.

تتضمن الأكسدة الجافة إدخال الأكسجين النقي، الذي يتدفق عبر سطح الرقاقة ويتفاعل مع السيليكون لتكوين طبقة ثاني أكسيد السيليكون. تستخدم الأكسدة الرطبة كلاً من الأكسجين وبخار الماء عالي الذوبان.

█ الطباعة الحجرية الضوئية (الطلاء،-الخبز المسبق، التعريض، ما بعد-الخبز، التطوير)

الطباعة الحجرية الضوئية، ببساطة، تشبه الطابعة التي "تحفر" نمط دائرة الرقاقة على الرقاقة.

يمكن تقسيم الطباعة الحجرية الضوئية إلى ثلاث خطوات رئيسية: الطلاء والتعرض والتطوير. دعونا ننظر إلى كل واحد على حدة.

الأول هو الطلاء. تسمى هذه المادة اللاصقة بمقاوم الضوء، وتسمى أحيانًا أيضًا بمقاوم الضوء، وهي مادة حساسة للضوء.

هناك نوعان من مقاوم الضوء: إيجابي وسلبي.

يتعرض مقاوم الضوء الإيجابي، عند تعرضه لشعاع ضوء معين (التعرض)، لتغيير في بنيته الجزيئية، ويصبح أكثر سهولة في الذوبان. من ناحية أخرى، يصبح من الصعب إذابة مقاوم الضوء السلبي بعد التعرض له. يتم استخدام مقاوم الضوء الإيجابي في معظم الحالات.

طلاء

القناع الضوئي عبارة عن لوح زجاجي أو كوارتز بطبقة منقوشة من مادة غير شفافة (مثل الكروم). هذا النمط هو في الأساس مخطط للرقاقة، أو تخطيط الدائرة المتكاملة.

قناع ضوئي

في آلة الطباعة الحجرية، يتم تثبيت الرقاقة والقناع الضوئي بدقة. ثم، يصدر مصدر ضوء خاص (مصباح بخار الزئبق أو ليزر الإكسيمر) شعاعًا من الضوء (الضوء فوق البنفسجي). يمر هذا الشعاع من خلال القواطع الموجودة في القناع الضوئي والعدسات المتعددة (لتركيز الضوء)، مما يؤدي في النهاية إلى إسقاطه على مساحة صغيرة من الرقاقة.

وبالتالي يتم "عرض" نمط الدائرة المعقدة على الرقاقة.

باستخدام مقاوم الضوء الإيجابي كمثال، يصبح مقاوم الضوء الموجود في المنطقة المكشوفة أكثر سهولة في الذوبان. يظل مقاوم الضوء غير المكشوف سليمًا.

تتحرك التركيبات الميكانيكية التي تحمل الرقاقة والقناع الضوئي باستمرار، ويضيء شعاع الضوء الرقاقة بشكل مستمر. في نهاية المطاف، يتم "رسم" الدوائر الخاصة بالعشرات إلى المئات من الرقائق على الرقاقة بأكملها.

عملية الطباعة الحجرية

بعد خروج رقاقة السيليكون من آلة الطباعة الحجرية، تخضع لعملية التسخين والخبز (الخبز لمدة 20 دقيقة عند 120-180 درجة)، والمعروفة باسم ما بعد الخبز.

إن الغرض من-التحميص اللاحق هو التأكد من اكتمال التفاعل الكيميائي الضوئي في مقاوم الضوء بشكل كامل، والتعويض عن شدة التعرض غير الكافية. كما أن عملية الخبز اللاحق-تعمل أيضًا على تقليل الأنماط الشبيهة بالحلقة-التي تظهر بعد تطوير مقاومة الضوء نتيجة لتأثير الموجة الدائمة.

التالي يأتي التطوير. بعد التعرض، يتم غمر الرقاقة في محلول متطور. يقوم المحلول المطور بإزالة مقاوم الضوء المكشوف (مقاوم الضوء الإيجابي)، مما يكشف عن النمط.

█ النقش

حسنًا، فلنواصل مناقشة عملية تصنيع الرقائق. الآن، على الرغم من أن النمط مرئي، فقد قمنا بإزالة جزء فقط من مقاوم الضوء. ما نحتاج حقًا إلى إزالته هو طبقة الأكسيد الأساسية (الجزء غير المحمي بمقاوم الضوء).

وبعبارة أخرى، نحن بحاجة إلى مواصلة "الحفر" بشكل أعمق. العملية المستخدمة في هذه المرحلة هي النقش. تنقسم عمليات النقش إلى نوعين: النقش الرطب والحفر الجاف.

يتضمن التنميش الرطب غمر الرقاقة في محلول سائل يحتوي على مواد كيميائية محددة، وذلك باستخدام تفاعل كيميائي لإذابة بنية أشباه الموصلات (فيلم أكسيد) غير المحمية بواسطة مقاوم الضوء.

يستخدم الحفر الجاف حزم البلازما أو الأيونات لقصف الرقاقة، وإزالة بنية أشباه الموصلات غير المحمية.

هناك مفهومان مهمان في عمليات النقش: الخواص (أو تباين الخواص) والانتقائية.

الحفر الرطب يحفر في كل الاتجاهات، ومن هنا جاء مصطلح "التناحي". الحفر الجاف يحفر فقط في الاتجاه العمودي، ومن هنا جاء مصطلح "تباين الخواص". ومن الواضح أن الأخير أفضل.

أثناء الحفر، يتم حفر كل من طبقة الأكسيد ومقاوم الضوء. في ظل نفس ظروف النقش، فإن نسبة معدل النقش المقاوم للضوء إلى معدل النقش للمادة التي يتم حفرها (طبقة الأكسيد) هي الانتقائية. من الواضح أننا بحاجة إلى حفر أقل قدر ممكن من مقاوم الضوء وحفر أكبر قدر ممكن من طبقة الأكسيد.

█ المنشطات (زرع الأيونات)

حسنًا، بهذا تنتهي عملية "صنع-الثقب". عند هذه النقطة، تم حفر سطح الرقاقة بخنادق وأنماط مختلفة. بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على عملية المنشطات.

عند تقديم المعرفة الأساسية للرقائق (كيف تعمل رقائق أشباه الموصلات بالضبط؟)، ذكرت أن الترانزستورات هي اللبنات الأساسية للرقائق. يعتمد كل ترانزستور على وصلة PN. كما هو موضح في الرسم البياني أدناه (ترانزستور MOSFET، NPN)، فهو يشتمل على آبار P- وآبار N- وقنوات وبوابات وما إلى ذلك.

الطباعة الحجرية الضوئية والنقش السابقة خلقت الثقوب فقط. بعد ذلك، نحتاج إلى إنشاء آبار P- وآبار N- بناءً على هذه الثقوب. السيليكون النقي في حد ذاته غير موصل للكهرباء. لجعل-السيليكون النقي غير الموصل شبه موصل، يجب علينا إدخال شوائب (تسمى إشابات) إلى السيليكون لتغيير خصائصه الكهربائية.

على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تطعيم السيليكون بالفوسفور والأنتيمون والزرنيخ إلى إنتاج -آبار. يؤدي التنشيط بالبورون والألومنيوم والجاليوم والإنديوم إلى إنشاء بئر P-.

تحتوي ذرات N على إلكترونات حرة. تحتوي ذرات P على العديد من الثقوب وعدد صغير من الإلكترونات الحرة. من خلال تطبيق البوابة والجهد على القناة، تنجذب الإلكترونات الموجودة في ذرات P، وتشكل قناة إلكترونية (قناة). يؤدي تطبيق الجهد بين ذرتي N إلى إنشاء تيار بين تقاطعات NPN.

كما هو مبين في الرسم البياني أدناه:

في الرسم التخطيطي، الجزء السفلي هو ركيزة البئر P-. الفتحتان عبارة عن آبار -N. أي أنه عند تصنيع ترانزستور NPN هذا، يتم استخدام زرع الأيونات قبل عملية الأكسدة الأولية. يتم أولاً تطعيم الركيزة بالبورون (الذي يحتوي على كمية صغيرة من الفوسفور)، لتصبح ركيزة بئر P-. (لتسهيل القراءة، لم أشرح هذه الخطوة سابقًا.) الآن، يمكن تطعيم الجزء الذي يصنع الثقب-بالفوسفور ليصبح بئر N-. هل تفهم؟ الغرض من المنشطات هو إنشاء وصلة PN وإنشاء ترانزستور.

يشمل المنشطات عمليتين: الانتشار الحراري وزرع الأيونات. نظرًا لصعوبة تحقيق الانتشار الحراري، يتم استخدام زرع الأيونات حاليًا في معظم التطبيقات باستثناء الاحتياجات المحددة.

زرع الأيونات هو عملية استخدام شعاع جسيمات عالي الطاقة-لحقن الشوائب مباشرة في رقاقة السيليكون.