שבבי מוליכים למחצה מורכבים משכבות רבות בקנה מידה מיקרו שהן קטנות יותר מציפורן ודקות יותר מנייר. המוליך למחצה מוערם גבוה וצפוף, ויוצר מבנים מורכבים הדומים לבניינים רבי קומות.

כדי ליצור מבנים כאלה, יש לחזור על השלבים הבאים מספר פעמים: ליתוגרפיה - ציפוי החלק העליון של פרוסת סיליקון חד-גבישית (חומר הגלם למוליכים למחצה) בסרט דק ובמעגלי דפוס, תחריט - הסרה סלקטיבית של חומרים מיותרים, וכן לאחר מכן מנקים את זיהומי פני השטח.

לאחר תהליכי התחריט והניקוי, הסרט הדק מתפקד להפריד, לחבר ולהגן על המעגלים. לאחר מכן, נציג את תהליך השקיעה לייצור סרטים דקים ואת תהליך השתלת יונים להקניית תכונות חשמליות של מוליכים למחצה.

תהליך השקיעה: מריחת סרטים דקים על הוופל

המונח "סרט דק" מתייחס לסרט שהוא 1 מיקרון (מיקרון) או דק יותר, עובי שלא ניתן להשיג באמצעות עיבוד מכני פשוט. שקיעה היא סדרה של תהליכים הכוללים ציפוי של הפרוסה בסרטים הדקים הרצויים ברמת מולקולרית או ברמה האטומית. בשל האופי הדק במיוחד של הסרטים, נדרשות טכניקות מדויקות על מנת ליישם את הסרטים בצורה אחידה על גבי הפרוסה.

בדרך כלל ניתן לחלק את התצהיר לשני סוגים. שני סוגים אלו הם פיסיקלי אדים (PVD) ו- Chemical Vapor Deposition (CVD).

השקעת אדים פיזית משמשת בעיקר להנחת סרטי מתכת מבלי לערב תגובות כימיות. מצד שני, שקיעת אדים כימית כוללת הפעלת אנרגיה חיצונית על אדי חלקיקים הנוצרים על ידי תגובות כימיות של גזים, והאדים מרוססים על פני השטח לצורך שקיעה. ניתן להשתמש בטכניקה זו כדי להפקיד סרטים דקים על מוליכים, מבודדים ומוליכים למחצה.

השקעת אדים כימית היא שיטת השקיעה הנפוצה ביותר בתהליכי מוליכים למחצה נוכחיים. עוד ניתן לסווג אותו ל-CVD תרמי, CVD פלזמה ו-CVD המושרה על ידי צילום, בהתאם למקור האנרגיה החיצוני בו נעשה שימוש. בין אלה, Plasma CVD הוא היישום הנפוץ ביותר שכן הוא יכול ליצור סרטים בטמפרטורות נמוכות, לשלוט באחידות עובי הסרט ולטפל בנפחים גבוהים.

הסרט הדק שנוצר בתהליך השקיעה מורכב משתי שכבות: שכבה מתכתית (מוליכה) לחיבור אותות חשמליים בין מעגלים, ושכבת בידוד לבידוד חשמלי בין שכבות חיבור פנימיות או מניעת כניסת מזהמים.

השתלת יונים: הפיכת פרוסות למוליכים למחצה.

בשלב זה, עדיין יש צורך בתהליך כדי להקנות מאפיינים חשמליים למוליך למחצה. מוליכים למחצה הם בעלי תכונות מוליכים ומבודדות, והשתלת יונים היא תהליך של הפיכת פרוסות סיליקון למוליכים למחצה. סיליקון טהור הוא מבודד ואינו מוליך חשמל, אך תוספת של זיהומים מעניקה מוליכות, ומאפשרת לו לשאת זרמים חשמליים.

זיהומים אלה ידועים בשם יונים. יונים אלו מומרים לחלקיקים זעירים דמויי גז ולאחר מכן מושתלים בצד הקדמי של הפרוסה עד לעומק הרצוי. הזיהומים המשמשים מגיעים מהקבוצה ה-15 (P, זרחן; As, ארסן) או הקבוצה ה-13 (B, בורון) של הטבלה המחזורית. השתלת אלמנטים מהקבוצה ה-15 מביאה למוליך למחצה מסוג n (סוג אלקטרוני), ואילו השתלת אלמנטים מהקבוצה ה-13 מביאה למוליך למחצה מסוג p (סוג חור).

תהליך השקיעה הוא קריטי מכיוון שהעובי והאחידות של הסרטים המופקדים קובעים את איכות המוליך למחצה. העובי של מבני מעגלים מוליכים למחצה עתידיים יהיה דק פי מיליוני משערת אדם. על מנת שלמעגלים אלו יהיו תכונות חשמליות, נדרשות טכניקות שקיעה מתקדמות יותר ליצירת סרטים דקים ואחידים יותר.

במאמר הבא נלמד על קשרי מתכת, שמטרתם לחבר בין היסודות הנוצרים באמצעות חמצון, פוטוליתוגרפיה, תהליכי תחריט ותצהיר וליצור מעגלים.