Полупроводниковые чипы состоят из множества микрослоев размером меньше ногтя и тоньше бумаги. Полупроводник уложен высоко и плотно, образуя сложные конструкции, похожие на высотные здания.

Для создания таких структур необходимо многократно повторить следующие этапы: литография – покрытие верхней части пластины монокристаллического кремния (сырья для полупроводников) тонкой пленкой и схемами нанесения рисунка, травление – выборочное удаление ненужных материалов и затем очистка поверхности от загрязнений.

После процессов травления и очистки тонкая пленка выполняет функцию разделения, соединения и защиты цепей. Далее мы представим процесс осаждения для изготовления тонких пленок и процесс ионной имплантации для придания полупроводниковых электрических свойств.

Процесс осаждения: нанесение тонких пленок на пластину.

Термин «тонкая пленка» относится к пленке толщиной 1 микрон (мкм) или тоньше, толщины, которую невозможно достичь простой механической обработкой. Осаждение — это серия процессов, которые включают покрытие пластины тонкими пленками желаемого молекулярного или атомного уровня. Из-за чрезвычайно тонкой природы пленок требуются точные методы для равномерного нанесения пленок на пластину.

В целом депонирование можно разделить на два типа. Этими двумя типами являются физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD).

Физическое осаждение из паровой фазы в основном используется для нанесения металлических пленок без участия химических реакций. С другой стороны, химическое осаждение из паровой фазы включает в себя приложение внешней энергии к парам частиц, образующимся в результате газовых химических реакций, и пар распыляется на поверхность для осаждения. Этот метод можно использовать для нанесения тонких пленок на проводники, изоляторы и полупроводники.

Химическое осаждение из паровой фазы является наиболее широко используемым методом осаждения в современных полупроводниковых процессах. Далее его можно разделить на термическое CVD, плазменное CVD и фотоиндуцированное CVD, в зависимости от используемого внешнего источника энергии. Среди них плазменное CVD является наиболее распространенным применением, поскольку оно позволяет формировать пленки при низких температурах, контролировать однородность толщины пленки и обрабатывать большие объемы.

Тонкая пленка, образующаяся в процессе осаждения, состоит из двух слоев: металлического (проводящего) слоя для передачи электрических сигналов между цепями и изолирующего слоя для электрической изоляции между внутренними слоями межсоединений или предотвращения попадания загрязнений.

Ионная имплантация: превращение пластин в полупроводники.

На этом этапе все еще необходим процесс придания полупроводнику электрических характеристик. Полупроводники обладают как проводниковыми, так и изоляционными свойствами, а ионная имплантация — это процесс, по существу превращающий кремниевые пластины в полупроводники. Чистый кремний является изолятором и не проводит электричество, но добавление примесей придает ему проводимость, позволяя проводить электрический ток.

Эти примеси известны как ионы. Эти ионы преобразуются в крошечные газообразные частицы, а затем имплантируются в переднюю часть пластины на желаемую глубину. Используемые примеси происходят из 15-й группы (P, фосфор; As, мышьяк) или 13-й группы (B, бор) таблицы Менделеева. В результате имплантации элементов 15-й группы получается полупроводник n-типа (электронного типа), а при имплантации элементов 13-й группы — полупроводник p-типа (дырочного типа).

Процесс осаждения имеет решающее значение, поскольку толщина и однородность осаждаемых пленок определяют качество полупроводника. Толщина будущих полупроводниковых схемных структур будет в миллионы раз тоньше человеческого волоса. Чтобы эти схемы приобрели электрические свойства, необходимы более совершенные методы осаждения для создания более тонких и однородных тонких пленок.

В следующей статье мы узнаем о металлических межсоединениях, целью которых является соединение элементов, созданных в результате процессов окисления, фотолитографии, травления и осаждения, и формирования схем.