تراشه های نیمه هادی از لایه های ریزمقیاس زیادی تشکیل شده اند که کوچکتر از یک ناخن و نازکتر از کاغذ هستند. نیمه هادی ها به صورت بلند و متراکم روی هم قرار گرفته اند و ساختارهای پیچیده ای شبیه ساختمان های بلند را تشکیل می دهند.

برای ایجاد چنین ساختارهایی، مراحل زیر باید چندین بار تکرار شوند: لیتوگرافی - پوشش بالای یک ویفر سیلیکونی تک کریستال (ماده اولیه نیمه هادی ها) با یک فیلم نازک و مدارهای الگوبرداری، اچ کردن - حذف انتخابی مواد غیر ضروری، و سپس ناخالصی های سطح را تمیز کنید.

پس از فرآیندهای اچ و تمیز کردن، لایه نازک برای جدا کردن، اتصال و محافظت از مدارها عمل می کند. در ادامه، فرآیند رسوب‌گذاری برای ساخت لایه‌های نازک و فرآیند کاشت یون برای ایجاد خواص الکتریکی نیمه‌رسانا را معرفی می‌کنیم.

فرآیند رسوب گذاری: اعمال لایه های نازک روی ویفر

اصطلاح "لایه نازک" به فیلمی اطلاق می شود که 1 میکرون (μm) یا نازک تر است، ضخامتی که نمی توان از طریق پردازش مکانیکی ساده به دست آورد. رسوب دهی مجموعه ای از فرآیندها است که شامل پوشاندن ویفر با لایه های نازک سطح مولکولی یا اتمی مورد نظر است. به دلیل ماهیت بسیار نازک لایه ها، تکنیک های دقیقی برای اعمال یکنواخت لایه ها روی ویفر مورد نیاز است.

رسوب را می توان به طور کلی به دو نوع تقسیم کرد. این دو نوع رسوب بخار فیزیکی (PVD) و رسوب بخار شیمیایی (CVD) هستند.

رسوب فیزیکی بخار عمدتاً برای رسوب گذاری فیلم های فلزی بدون واکنش های شیمیایی استفاده می شود. از طرف دیگر، رسوب بخار شیمیایی شامل اعمال انرژی خارجی به بخار ذرات تشکیل شده توسط واکنش های شیمیایی گاز است و بخار برای رسوب بر روی سطح پاشیده می شود. از این تکنیک می توان برای رسوب لایه های نازک روی هادی ها، عایق ها و نیمه هادی ها استفاده کرد.

رسوب بخار شیمیایی پرکاربردترین روش رسوب گذاری در فرآیندهای نیمه هادی فعلی است. بسته به منبع انرژی خارجی مورد استفاده، می توان آن را به CVD حرارتی، CVD پلاسما و CVD ناشی از عکس طبقه بندی کرد. در این میان، پلاسما CVD رایج ترین کاربرد است زیرا می تواند در دماهای پایین فیلم تشکیل دهد، یکنواختی ضخامت فیلم را کنترل کند و حجم های بالا را مدیریت کند.

لایه نازکی که از طریق فرآیند رسوب گذاری تشکیل می شود از دو لایه تشکیل شده است: یک لایه فلزی (رسانا) برای اتصال سیگنال های الکتریکی بین مدارها و یک لایه عایق برای جداسازی الکتریکی بین لایه های داخلی داخلی یا جلوگیری از ورود آلاینده ها.

کاشت یون: تبدیل ویفرها به نیمه هادی ها.

در این مرحله، هنوز به فرآیندی نیاز است تا ویژگی های الکتریکی را به نیمه هادی منتقل کند. نیمه هادی ها دارای هر دو خاصیت هادی و عایق هستند و کاشت یون فرآیندی است که اساساً ویفرهای سیلیکونی را به نیمه هادی تبدیل می کند. سیلیکون خالص یک عایق است و الکتریسیته را هدایت نمی‌کند، اما افزودن ناخالصی‌ها باعث رسانایی می‌شود و آن را قادر می‌سازد تا جریان‌های الکتریکی را حمل کند.

این ناخالصی ها به عنوان یون شناخته می شوند. این یون ها به ذرات ریز شبیه گاز تبدیل می شوند و سپس در قسمت جلویی ویفر تا عمق مورد نظر کاشته می شوند. ناخالصی‌های مورد استفاده از گروه پانزدهم (P، فسفر؛ As، آرسنیک) یا گروه سیزدهم (B، بور) جدول تناوبی می‌آیند. کاشت عناصر از گروه پانزدهم منجر به یک نیمه هادی نوع n (نوع الکترونی) می شود، در حالی که کاشت عناصر از گروه سیزدهم منجر به یک نیمه هادی نوع p (نوع سوراخ) می شود.

فرآیند رسوب گذاری بسیار مهم است زیرا ضخامت و یکنواختی لایه های رسوب شده کیفیت نیمه هادی را تعیین می کند. ضخامت ساختارهای مدار نیمه هادی آینده میلیون ها بار نازک تر از موی انسان خواهد بود. برای اینکه این مدارها خواص الکتریکی داشته باشند، تکنیک‌های رسوب‌گذاری پیشرفته‌تری برای تولید لایه‌های نازک نازک‌تر و یکنواخت‌تر مورد نیاز است.

در مقاله بعدی با اتصالات فلزی آشنا می شویم که هدف آنها اتصال عناصر تولید شده از طریق فرآیندهای اکسیداسیون، فوتولیتوگرافی، اچینگ و رسوب و تشکیل مدار است.