Halfgeleiderchips zijn samengesteld uit vele lagen op microschaal die kleiner zijn dan een vingernagel en dunner dan papier. De halfgeleider is hoog en dicht gestapeld en vormt complexe structuren die lijken op hoge gebouwen.

Om dergelijke structuren te creëren, moeten de volgende stappen meerdere keren worden herhaald: lithografie - het coaten van de bovenkant van een monokristallijne siliciumwafel (de grondstof voor halfgeleiders) met een dunne film en patroonvorming van circuits, etsen - het selectief verwijderen van onnodige materialen, en vervolgens het reinigen van de oppervlakteonzuiverheden.

Na het ets- en reinigingsproces dient de dunne film voor het scheiden, verbinden en beschermen van de circuits. Vervolgens introduceren we het depositieproces voor het vervaardigen van dunne films en het ionenimplantatieproces voor het verlenen van elektrische eigenschappen aan halfgeleiders.

Depositieproces: het aanbrengen van dunne films op de wafer

De term "dunne film" verwijst naar een film die 1 micron (μm) of dunner is, een dikte die niet kan worden bereikt door middel van eenvoudige mechanische verwerking. Depositie is een reeks processen waarbij de wafer wordt bedekt met de gewenste dunne films op moleculair of atomair niveau. Vanwege de extreem dunne aard van de films zijn nauwkeurige technieken vereist om de films gelijkmatig op de wafer aan te brengen.

Depositie kan grofweg in twee typen worden verdeeld. Deze twee typen zijn Physical Vapour Deposition (PVD) en Chemical Vapour Deposition (CVD).

Physical Vapour Deposition wordt voornamelijk gebruikt voor het afzetten van metaalfilms zonder dat er chemische reacties optreden. Aan de andere kant omvat chemische dampafzetting het toepassen van externe energie op deeltjesdamp gevormd door gaschemische reacties, en de damp wordt op het oppervlak gesproeid voor afzetting. Deze techniek kan worden gebruikt om dunne films op geleiders, isolatoren en halfgeleiders aan te brengen.

Chemical Vapour Deposition is de meest gebruikte depositiemethode in de huidige halfgeleiderprocessen. Het kan verder worden geclassificeerd in thermische CVD, plasma-CVD en foto-geïnduceerde CVD, afhankelijk van de gebruikte externe energiebron. Hiervan is Plasma CVD de meest voorkomende toepassing, omdat het films kan vormen bij lage temperaturen, de uniformiteit van de filmdikte kan controleren en grote volumes kan verwerken.

De dunne film die door het afzettingsproces wordt gevormd, bestaat uit twee lagen: een metalen (geleidende) laag voor het verbinden van elektrische signalen tussen circuits, en een isolatielaag voor elektrische isolatie tussen interne verbindingslagen of om te voorkomen dat verontreinigingen binnendringen.

Ionenimplantatie: het transformeren van wafers in halfgeleiders.

Op dit punt is er nog steeds een proces nodig om elektrische eigenschappen aan de halfgeleider te geven. Halfgeleiders bezitten zowel geleider- als isolatoreigenschappen, en ionenimplantatie is het proces waarbij siliciumwafels in wezen worden omgezet in halfgeleiders. Zuiver silicium isoleert en geleidt geen elektriciteit, maar de toevoeging van onzuiverheden zorgt voor geleidbaarheid, waardoor het elektrische stromen kan geleiden.

Deze onzuiverheden staan ​​bekend als ionen. Deze ionen worden omgezet in kleine gasachtige deeltjes en vervolgens op de gewenste diepte in de voorkant van de wafer geïmplanteerd. De gebruikte onzuiverheden komen uit de 15e groep (P, fosfor; As, arseen) of de 13e groep (B, boor) van het periodiek systeem. Het implanteren van elementen uit de 15e groep resulteert in een n-type halfgeleider (elektronentype), terwijl het implanteren van elementen uit de 13e groep resulteert in een p-type halfgeleider (gattype).

Het depositieproces is cruciaal omdat de dikte en uniformiteit van de afgezette films de kwaliteit van de halfgeleider bepalen. De dikte van toekomstige halfgeleidercircuitstructuren zal miljoenen keren dunner zijn dan een mensenhaar. Om ervoor te zorgen dat deze circuits elektrische eigenschappen hebben, zijn geavanceerdere depositietechnieken nodig om dunnere en uniformere dunne films te genereren.

In het volgende artikel zullen we leren over metaalverbindingen, die tot doel hebben de elementen die worden gegenereerd door oxidatie, fotolithografie, ets- en afzettingsprocessen met elkaar te verbinden en circuits te vormen.