ชิปเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยชั้นไมโครสเกลหลายชั้นที่เล็กกว่าเล็บมือและบางกว่ากระดาษ เซมิคอนดักเตอร์ถูกวางซ้อนกันสูงและหนาแน่น ก่อให้เกิดโครงสร้างที่ซับซ้อนคล้ายกับอาคารสูง

ในการสร้างโครงสร้างดังกล่าว จำเป็นต้องทำซ้ำขั้นตอนต่อไปนี้หลายครั้ง: การพิมพ์หิน - เคลือบด้านบนของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว (วัตถุดิบสำหรับเซมิคอนดักเตอร์) ด้วยฟิล์มบางและวงจรการสร้างลวดลาย การแกะสลัก - คัดเลือกเอาวัสดุที่ไม่จำเป็นออก และ จากนั้นทำความสะอาดสิ่งสกปรกบนพื้นผิว

หลังจากกระบวนการกัดและทำความสะอาด ฟิล์มบางจะทำหน้าที่แยก เชื่อมต่อ และป้องกันวงจร ต่อไป เราจะแนะนำกระบวนการสะสมสำหรับการผลิตฟิล์มบางและกระบวนการฝังไอออนเพื่อให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์

กระบวนการสะสม: การติดฟิล์มบางๆ บนแผ่นเวเฟอร์

คำว่า "ฟิล์มบาง" หมายถึงฟิล์มที่มีขนาด 1 ไมครอน (μm) หรือทินเนอร์ ซึ่งเป็นความหนาที่ไม่สามารถทำได้ด้วยกระบวนการทางกลแบบง่ายๆ การสะสมเป็นชุดของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเคลือบแผ่นเวเฟอร์ด้วยฟิล์มบางระดับโมเลกุลหรืออะตอมที่ต้องการ เนื่องจากลักษณะของฟิล์มบางมาก จึงจำเป็นต้องใช้เทคนิคที่แม่นยำในการติดฟิล์มลงบนแผ่นเวเฟอร์อย่างสม่ำเสมอ

โดยทั่วไปการสะสมสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท ทั้งสองประเภทนี้คือการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) และการสะสมไอสารเคมี (CVD)

การสะสมไอทางกายภาพส่วนใหญ่จะใช้ในการสะสมฟิล์มโลหะโดยไม่เกิดปฏิกิริยาทางเคมี ในทางกลับกัน การสะสมไอสารเคมีเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานภายนอกกับไอของอนุภาคที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีของแก๊ส และไอระเหยจะถูกพ่นลงบนพื้นผิวเพื่อการสะสม เทคนิคนี้สามารถใช้ในการฝากฟิล์มบางลงบนตัวนำ ฉนวน และเซมิคอนดักเตอร์

การสะสมไอสารเคมีเป็นวิธีการสะสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังสามารถจำแนกเพิ่มเติมได้เป็น Thermal CVD, Plasma CVD และ CVD ที่เกิดจากภาพถ่าย ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานภายนอกที่ใช้ ในบรรดาคุณสมบัติเหล่านี้ Plasma CVD เป็นการใช้งานที่พบบ่อยที่สุด เนื่องจากสามารถสร้างฟิล์มที่อุณหภูมิต่ำ ควบคุมความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์ม และจัดการกับปริมาณที่สูงได้

ฟิล์มบางที่เกิดขึ้นจากกระบวนการสะสมประกอบด้วย 2 ชั้น ชั้นโลหะ (นำไฟฟ้า) สำหรับเชื่อมต่อสัญญาณไฟฟ้าระหว่างวงจร และชั้นฉนวนสำหรับแยกไฟฟ้าระหว่างชั้นเชื่อมต่อภายในหรือป้องกันไม่ให้สารปนเปื้อนเข้าไป

การฝังไอออน: เปลี่ยนเวเฟอร์เป็นเซมิคอนดักเตอร์

ณ จุดนี้ ยังจำเป็นต้องมีกระบวนการในการถ่ายทอดคุณลักษณะทางไฟฟ้าให้กับเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติทั้งตัวนำและฉนวน และการฝังไอออนเป็นกระบวนการเปลี่ยนเวเฟอร์ซิลิคอนให้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิคอนบริสุทธิ์เป็นฉนวนและไม่นำไฟฟ้า แต่การเติมสารเจือปนเข้าไปจะทำให้มีสภาพนำไฟฟ้า จึงสามารถนำพากระแสไฟฟ้าได้

สิ่งเจือปนเหล่านี้เรียกว่าไอออน ไอออนเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นอนุภาคคล้ายก๊าซขนาดเล็ก จากนั้นจึงฝังลงในด้านหน้าของแผ่นเวเฟอร์ตามความลึกที่ต้องการ สิ่งเจือปนที่ใช้มาจากกลุ่มที่ 15 (P, ฟอสฟอรัส, As, สารหนู) หรือกลุ่มที่ 13 (B, โบรอน) ของตารางธาตุ การฝังองค์ประกอบจากกลุ่มที่ 15 ทำให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด n (ชนิดอิเล็กตรอน) ในขณะที่การฝังองค์ประกอบจากกลุ่มที่ 13 ส่งผลให้เกิดสารกึ่งตัวนำชนิด p (ชนิดรู)

กระบวนการสะสมมีความสำคัญเนื่องจากความหนาและความสม่ำเสมอของฟิล์มที่สะสมจะกำหนดคุณภาพของเซมิคอนดักเตอร์ ความหนาของโครงสร้างวงจรเซมิคอนดักเตอร์ในอนาคตจะบางกว่าเส้นผมมนุษย์หลายล้านเท่า เพื่อให้วงจรเหล่านี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้เทคนิคการสะสมขั้นสูงเพิ่มเติมเพื่อสร้างฟิล์มบางที่บางและสม่ำเสมอมากขึ้น

ในบทความถัดไป เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างกันของโลหะ ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากกระบวนการออกซิเดชัน การพิมพ์หินด้วยแสง การแกะสลัก และการสะสม และรูปแบบวงจร