في المقالة السابقة، قدمنا ​​عملية الطباعة الحجرية الضوئية، والتي تستخدم قناعًا ضوئيًا لعرض أنماط الدوائر المصممة على سطح الرقاقة المطلية بمادة مقاومة للضوء. الخطوة التالية هي تنفيذ عملية النقش على الرقاقة لإزالة المواد غير المرغوب فيها والاحتفاظ بالنمط المطلوب فقط.

النقش: شكل فني في حد ذاته

عندما كنت في دروس الفن، ربما تكون قد أنشأت "مطبوعات"، وهو نوع من الأعمال الفنية التي تم إنشاؤها عن طريق رسم الأشكال على سطح الخشب أو المعدن أو الحجر، ثم تطبيق الحبر أو الطلاء والضغط عليه على الورق أو القماش. تشترك عملية النقش بأشباه الموصلات في مبادئ مماثلة مع تقنية الطباعة هذه.

في صناعة الطباعة، يتم تطبيق مادة مضادة للتآكل على لوحة معدنية، ويتم نحت التصميم المطلوب في اللوحة باستخدام أدوات حادة. يتم بعد ذلك غمر اللوحة في المواد المسببة للتآكل مثل حمض النيتريك، ويتم التحكم في درجة التآكل لتشكيل النمط المطلوب.

وبالمثل، في تصنيع أشباه الموصلات، تستخدم عملية التنميش سائلًا أو غازًا لإزالة المواد غير المرغوب فيها بشكل انتقائي حتى يتم ترك أنماط الدائرة المطلوبة على سطح الرقاقة. تتم إزالة المواد الموجودة في المناطق التي لا تحتوي على مقاوم للضوء بواسطة أداة النقش لتشكيل أنماط الدائرة على الرقاقة. بعد اكتمال عملية الحفر، تتم إزالة مقاوم الضوء. يجب تكرار هذه الخطوات عدة مرات على طبقات مختلفة.

يمكن تصنيف النقش الجاف المستخدم في عملية النقش إلى نوعين: النقش الجاف والنقش الرطب، حسب المواد المستخدمة. يقوم النقش الجاف بإزالة المواد غير المرغوب فيها بشكل انتقائي باستخدام الغازات والأيونات التفاعلية، بينما يستخدم النقش الرطب المحاليل الكيميائية.

بالمقارنة مع النقش الرطب، فإن النقش الجاف له تكاليف أعلى وأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، مع تقدم تكنولوجيا أشباه الموصلات النانوية، أصبحت الدوائر أكثر تعقيدًا. لذلك، يتم تطبيق النقش الجاف على نطاق أوسع وله إنتاجية أعلى (إشارة إلى النسبة المئوية للمنتجات النهائية).

يُستخدم النقش الجاف، المعروف أيضًا باسم النقش بالبلازما، لإزالة المواد الأساسية غير الضرورية.
يتم توليد البلازما عن طريق حقن الغاز في حجرة مفرغة عند ضغط أقل من الضغط الجوي ومن ثم توفير الطاقة الكهربائية. البلازما هي حالة من حالات المادة (شبيهة بالمواد الصلبة والسوائل والغازات) تتكون من عدد كبير من الإلكترونات الحرة والأيونات والجسيمات المحايدة أو الغازات المتأينة. عندما تتأين مادة ما، فهذا يعني أن النيوترونات أو الجزيئات قد غيرت حالة شحنتها عن طريق فقدان أو اكتساب الإلكترونات.

عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي قوي بما فيه الكفاية الناتج عن الطاقة الكهربائية على الغاز، مما يتسبب في اصطدام جزيئات الغاز وتأيينها، يتم تشكيل البلازما. بمعنى آخر، يتم تسريع الإلكترونات الحرة بواسطة المجال المغناطيسي، وتتصادم الإلكترونات عالية الطاقة اللاحقة مع النيوترونات أو الجزيئات، مما يؤدي إلى تأينها.

تؤدي سلسلة التأين هذه، المعروفة باسم تأثير الانهيار الجليدي، إلى زيادة هائلة في عدد الأيونات. وهذا ما نسميه "حالة البلازما". تنفصل ذرات الجذور الحرة عن حالة البلازما هذه وتتبخر بعيدًا عن سطح الرقاقة، وبالتالي إزالة المادة السطحية التي لم تكن محمية سابقًا بواسطة الطلاء المقاوم للضوء.

هناك عدة نقاط يجب ملاحظتها في عملية النقش الجاف.

أولا، التوحيد. يشير التوحيد إلى اتساق معدل الحفر عبر سطح الرقاقة بأكمله. إذا كان معدل النقش غير متناسق في مناطق مختلفة من الرقاقة، فسيختلف عمق النقش، مما قد يؤدي إلى فشل الرقاقة.

ثانيا، معدل الحفر. يشير هذا إلى كمية المواد السطحية التي تمت إزالتها في وقت معين. يمكن أن يختلف معدل الحفر اعتمادًا على عدد الذرات والأيونات المتفاعلة، بالإضافة إلى الطاقة التي تحملها الأيونات والتي تسبب حدوث التفاعلات السطحية. وبعبارة أخرى، نحن بحاجة إلى السيطرة الصارمة على هذه العوامل لتحسين العائد الإجمالي.

بالإضافة إلى ذلك، تعتبر الانتقائية (نسبة معدل حفر المادة المستهدفة إلى معدل حفر المواد الأخرى) وشكل الحفر أيضًا من العوامل المهمة في الحفر الجاف.

الآن لديك فهم أفضل لعملية النقش لبناء أنماط دوائر أشباه الموصلات. أشباه الموصلات هي مثال لتكنولوجيا الدوائر المتكاملة، التي يتم تصنيعها من خلال الترسيب المتكرر للمواد المرغوبة على ركيزة السيليكون، وتطبيق طبقات واقية، والحفر الانتقائي للأجزاء غير الضرورية. يتم تنفيذ العملية برمتها في أدوات مصممة مع أخذ السلامة في الاعتبار.

وفي المقالة التالية، سنقدم عمليتي الترسيب وزرع الأيونات، والتي تنقل الخواص الكهربائية إلى الرقائق من خلال هذه التقنيات.