تتكون رقائق أشباه الموصلات من عدة طبقات مجهرية أصغر من ظفر الإصبع وأرق من الورق. يتم تكديس أشباه الموصلات بشكل مرتفع وكثيف، مما يشكل هياكل معقدة تشبه المباني الشاهقة.

لإنشاء مثل هذه الهياكل، يجب تكرار الخطوات التالية عدة مرات: الطباعة الحجرية - طلاء الجزء العلوي من رقاقة السيليكون أحادية البلورة (المادة الخام لأشباه الموصلات) بطبقة رقيقة ودوائر زخرفية، والحفر - إزالة المواد غير الضرورية بشكل انتقائي، و ثم تنظيف الشوائب السطحية.

بعد عمليات الحفر والتنظيف، تعمل الطبقة الرقيقة على فصل الدوائر وتوصيلها وحمايتها. بعد ذلك، سوف نقدم عملية الترسيب لتصنيع الأغشية الرقيقة وعملية زرع الأيونات لنقل الخصائص الكهربائية لأشباه الموصلات.

عملية الترسيب: وضع أغشية رقيقة على الرقاقة

يشير مصطلح "الأغشية الرقيقة" إلى طبقة يبلغ سمكها 1 ميكرون (ميكرومتر) أو أرق، وهي سماكة لا يمكن تحقيقها من خلال معالجة ميكانيكية بسيطة. الترسيب عبارة عن سلسلة من العمليات التي تتضمن طلاء الرقاقة بالأغشية الرقيقة ذات المستوى الجزيئي أو الذري المطلوب. نظرًا لطبيعة الأغشية الرقيقة للغاية، يلزم وجود تقنيات دقيقة لتطبيق الأغشية بشكل موحد على الرقاقة.

يمكن تقسيم الترسيب بشكل عام إلى نوعين. وهذان النوعان هما ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) وترسيب البخار الكيميائي (CVD).

يستخدم ترسيب البخار الفيزيائي بشكل أساسي لترسيب الأغشية المعدنية دون الحاجة إلى تفاعلات كيميائية. من ناحية أخرى، يتضمن ترسيب البخار الكيميائي تطبيق طاقة خارجية على بخار الجسيمات المتكون من التفاعلات الكيميائية الغازية، ويتم رش البخار على السطح للترسيب. يمكن استخدام هذه التقنية لترسيب الأغشية الرقيقة على الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات.

يعد ترسيب البخار الكيميائي طريقة الترسيب الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في عمليات أشباه الموصلات الحالية. ويمكن أيضًا تصنيفها إلى الأمراض القلبية الوعائية الحرارية، والأمراض القلبية الوعائية البلازما، والأمراض القلبية الوعائية الناتجة عن الصور، اعتمادًا على مصدر الطاقة الخارجي المستخدم. من بين هذه التطبيقات، يعد Plasma CVD هو التطبيق الأكثر شيوعًا لأنه يمكنه تشكيل أفلام عند درجات حرارة منخفضة، والتحكم في تجانس سماكة الفيلم، والتعامل مع كميات كبيرة.

تتكون الطبقة الرقيقة المتكونة من خلال عملية الترسيب من طبقتين: طبقة معدنية (موصلة) لتوصيل الإشارات الكهربائية بين الدوائر، وطبقة عازلة للعزل الكهربائي بين طبقات التوصيل الداخلي أو منع دخول الملوثات.

زرع الأيونات: تحويل الرقائق إلى أشباه الموصلات.

في هذه المرحلة، لا تزال هناك حاجة إلى عملية لنقل الخصائص الكهربائية إلى أشباه الموصلات. تمتلك أشباه الموصلات خواص موصلة وعازلة، وزرع الأيونات هو عملية تحويل رقائق السيليكون بشكل أساسي إلى أشباه موصلات. يعتبر السيليكون النقي مادة عازلة ولا يوصل الكهرباء، ولكن إضافة الشوائب تضفي عليه الموصلية، مما يمكنه من حمل التيارات الكهربائية.

وتعرف هذه الشوائب بالأيونات. يتم تحويل هذه الأيونات إلى جزيئات صغيرة تشبه الغاز ثم يتم زرعها في الجانب الأمامي من الرقاقة إلى العمق المطلوب. تأتي الشوائب المستخدمة من المجموعة الخامسة عشرة (P، الفوسفور؛ As، الزرنيخ) أو المجموعة الثالثة عشرة (B، البورون) من الجدول الدوري. إن زرع عناصر من المجموعة الخامسة عشرة ينتج عنه شبه موصل من النوع n (نوع الإلكترون)، بينما ينتج عن زرع عناصر من المجموعة الثالثة عشر شبه موصل من النوع p (نوع الثقب).

تعد عملية الترسيب أمرًا بالغ الأهمية لأن سمك الأفلام المودعة واتساقها يحدد جودة أشباه الموصلات. سيكون سمك هياكل دوائر أشباه الموصلات المستقبلية أرق بملايين المرات من شعرة الإنسان. لكي تتمتع هذه الدوائر بخصائص كهربائية، يلزم وجود تقنيات ترسيب أكثر تقدمًا لإنتاج أغشية رقيقة أرق وأكثر تجانسًا.

وفي المقال القادم سنتعرف على الوصلات المعدنية التي تهدف إلى ربط العناصر المتولدة عن طريق عمليات الأكسدة والطباعة الحجرية الضوئية والحفر والترسيب وتشكيل الدوائر.