I chip dei semiconduttori sono composti da molti strati su microscala, più piccoli di un'unghia e più sottili della carta. Il semiconduttore è impilato in modo alto e denso, formando strutture complesse simili a grattacieli.

Per creare tali strutture, i seguenti passaggi devono essere ripetuti più volte: litografia - rivestimento della parte superiore di un wafer di silicio monocristallino (la materia prima per i semiconduttori) con una pellicola sottile e modellazione dei circuiti, incisione - rimozione selettiva dei materiali non necessari e quindi pulendo le impurità superficiali.

Dopo i processi di incisione e pulizia, la pellicola sottile ha la funzione di separare, collegare e proteggere i circuiti. Successivamente, introdurremo il processo di deposizione per la produzione di film sottili e il processo di impiantazione ionica per conferire proprietà elettriche ai semiconduttori.

Processo di deposizione: applicazione di film sottili sul wafer

Il termine "film sottile" si riferisce a un film di 1 micron (μm) o più sottile, uno spessore che non può essere ottenuto attraverso una semplice lavorazione meccanica. La deposizione è una serie di processi che comportano il rivestimento del wafer con le pellicole sottili a livello molecolare o atomico desiderate. A causa della natura estremamente sottile delle pellicole, sono necessarie tecniche precise per applicare uniformemente le pellicole sul wafer.

La deposizione può generalmente essere divisa in due tipologie. Questi due tipi sono la deposizione fisica da vapore (PVD) e la deposizione chimica da vapore (CVD).

La deposizione fisica da vapore viene utilizzata principalmente per depositare pellicole metalliche senza comportare reazioni chimiche. D'altro canto, la deposizione chimica da vapore comporta l'applicazione di energia esterna al vapore di particelle formato da reazioni chimiche gassose e il vapore viene spruzzato sulla superficie per la deposizione. Questa tecnica può essere utilizzata per depositare film sottili su conduttori, isolanti e semiconduttori.

La deposizione chimica da fase vapore è il metodo di deposizione più utilizzato negli attuali processi di semiconduttori. Può essere ulteriormente classificato in CVD termico, CVD plasmatico e CVD fotoindotto, a seconda della fonte di energia esterna utilizzata. Tra queste, il plasma CVD è l'applicazione più comune in quanto può formare film a basse temperature, controllare l'uniformità dello spessore del film e gestire volumi elevati.

La pellicola sottile formata attraverso il processo di deposizione è costituita da due strati: uno strato metallico (conduttivo) per collegare i segnali elettrici tra i circuiti e uno strato isolante per l'isolamento elettrico tra gli strati di interconnessione interni o per impedire l'ingresso di contaminanti.

Impianto ionico: trasformazione dei wafer in semiconduttori.

A questo punto è ancora necessario un processo per conferire caratteristiche elettriche al semiconduttore. I semiconduttori possiedono proprietà sia di conduttore che di isolante e l'impianto ionico è il processo di trasformazione essenzialmente dei wafer di silicio in semiconduttori. Il silicio puro è un isolante e non conduce elettricità, ma l'aggiunta di impurità conferisce conduttività, consentendogli di trasportare correnti elettriche.

Queste impurità sono conosciute come ioni. Questi ioni vengono convertiti in minuscole particelle simili a gas e quindi impiantati nella parte anteriore del wafer alla profondità desiderata. Le impurità utilizzate provengono dal 15° gruppo (P, fosforo; As, arsenico) o dal 13° gruppo (B, boro) della tavola periodica. L'impianto di elementi del 15° gruppo si traduce in un semiconduttore di tipo n (tipo elettronico), mentre l'impianto di elementi del 13° gruppo si traduce in un semiconduttore di tipo p (tipo lacuna).

Il processo di deposizione è fondamentale perché lo spessore e l'uniformità dei film depositati determinano la qualità del semiconduttore. Lo spessore delle future strutture dei circuiti semiconduttori sarà milioni di volte più sottile di un capello umano. Affinché questi circuiti abbiano proprietà elettriche, sono necessarie tecniche di deposizione più avanzate per generare film sottili più sottili e più uniformi.

Nel prossimo articolo conosceremo le interconnessioni metalliche, che mirano a connettere gli elementi generati attraverso processi di ossidazione, fotolitografia, incisione e deposizione e formare circuiti.