Detaljan proces proizvodnje čipsa!

█ Oksidacija

Prvo, sloj oksida se nanosi na narezanu i poliranu oblatnu. Svrha oksidacije je stvaranje zaštitnog filma (oksidnog sloja) na lomljivoj površini pločice. Ovaj oksidni sloj sprečava da na pločicu utiču hemijske nečistoće, struja curenja i jetkanje.

Suha oksidacija uključuje uvođenje čistog kisika, koji teče preko površine pločice i reagira sa silicijumom da bi se formirao sloj silicijum dioksida. Vlažna oksidacija koristi kisik i visoko topljivu vodenu paru.

█ Fotolitografija (premazivanje, pred{0}}pečenje, ekspozicija, post{1}}pečenje, razvoj)

Fotolitografija, jednostavno rečeno, je poput štampača koji "urezuje" uzorak kola čipa na pločicu.

Fotolitografija se može podijeliti u tri glavna koraka: premazivanje, ekspozicija i razvoj. Pogledajmo svaki redom.

Prvo je premaz. Ovo ljepilo se naziva fotorezist, ponekad se naziva i fotorezist, i fotoosjetljiv je materijal.

Postoje dvije vrste fotorezista: pozitivni i negativni.

Pozitivni fotorezist, kada je izložen specifičnom snopu svjetlosti (ekspozicija), podliježe promjeni svoje molekularne strukture, postajući lakše otapajući. Negativni fotorezist, s druge strane, postaje teško rastvorljiv nakon ekspozicije. U većini slučajeva koristi se pozitivni fotorezist.

Premazivanje

Fotomaska ​​je staklena ili kvarcna ploča sa uzorkovanim slojem neprozirnog materijala (kao što je hrom). Ovaj obrazac je u suštini nacrt za čip, ili raspored integrisanog kola.

Fotomaska

U mašini za litografiju, pločica i fotomaska ​​su precizno fiksirane. Zatim, poseban izvor svjetlosti (lampa sa živinom parom ili excimer laser) emituje snop svjetlosti (ultraljubičasto svjetlo). Ovaj snop prolazi kroz izreze na fotomaski i višestruka sočiva (za fokusiranje svjetlosti), na kraju ga projektujući na malu površinu pločice.

Zamršeni uzorak kola se tako "projicira" na pločicu.

Koristeći pozitivan fotorezist kao primjer, fotorezist na izloženom području postaje lakše rastopljen. Neeksponirani fotorezist ostaje neoštećen.

Mehanička tijela koja drže pločicu i fotomasku se stalno kreću, a svjetlosni snop neprekidno osvjetljava pločicu. Konačno, kola za desetine do stotine čipova su "nacrtana" na cijeloj pločici.

Proces litografije

Nakon što silikonska pločica izađe iz mašine za litografiju, ona se podvrgava procesu zagrijavanja i pečenja (pečenje 20 minuta na 120-180 stepeni), poznatom kao post-bake.

Svrha post-pečenja je osigurati da je fotohemijska reakcija u fotorezistu potpuno završena, kompenzirajući nedovoljan intenzitet ekspozicije. Nakon-pečenja također se smanjuju prstenasti-obrasci koji se pojavljuju nakon razvoja fotootpora zbog efekta stojećeg talasa.

Slijedi razvoj. Nakon izlaganja, oblanda se uranja u rastvor za razvijanje. Otopina za razvijanje uklanja izloženi fotorezist (pozitivni fotorezist), otkrivajući uzorak.

█ Etching

U redu, nastavimo s raspravom o procesu proizvodnje čipova. Sada, iako je uzorak vidljiv, uklonili smo samo dio fotorezista. Ono što zaista trebamo ukloniti je osnovni sloj oksida (dio koji nije zaštićen fotorezistom).

Drugim rečima, treba da nastavimo da "kopamo" dublje. Proces koji se koristi u ovoj fazi je graviranje. Procesi jetkanja se dijele na dvije vrste: mokro jetkanje i suho jetkanje.

Mokro jetkanje uključuje uranjanje pločice u tečni rastvor koji sadrži specifične hemikalije, koristeći hemijsku reakciju za rastvaranje poluprovodničke strukture (oksidni film) koja nije zaštićena fotorezistom.

Suvo jetkanje koristi plazmu ili zrake jona za bombardiranje pločice, uklanjajući nezaštićenu poluvodičku strukturu.

Dva koncepta su važna u procesima jetkanja: izotropija (ili anizotropija) i selektivnost.

Mokro jetkanje urezuje u svim smjerovima, otuda i termin "izotropija". Suvo jetkanje gravira samo u okomitom smjeru, otuda i termin "anizotropija". Ovo drugo je očigledno bolje.

Tokom jetkanja, i oksidni sloj i fotorezist su urezani. Pod istim uslovima jetkanja, odnos brzine jetkanja fotootporom prema brzini jetkanja materijala koji se jetka (oksidni sloj) je selektivnost. Jasno je da moramo urezati što je moguće manje fotootpornosti i što više oksidnog sloja.

█ Doping (ionska implantacija)

U redu, time je završen proces "pravljenja{0}} rupa". U ovom trenutku, površina pločice je urezana raznim rovovima i šarama. Dalje, pogledajmo proces dopinga.

Prilikom predstavljanja osnovnog znanja o čipovima (Kako točno rade poluvodički čipovi?), spomenuo sam da su tranzistori osnovni gradivni blokovi čipova. Svaki tranzistor je baziran na PN spoju. Kao što je prikazano na dijagramu ispod (MOSFET tranzistor, NPN), uključuje P-bunare, N-bunare, kanale, kapije, itd.

Prethodna fotolitografija i bakropis su samo napravili rupe. Zatim trebamo konstruirati P-bunare i N-bunare na osnovu ovih rupa. Čisti silicijum sam po sebi nije-provodljiv. Da neprovodni čisti silicijum postane poluprovodnik, moramo uneti nečistoće (zvane dopante) u silicijum da bismo promenili njegove električne osobine.

Na primjer, dopiranje silicijuma fosforom, antimonom i arsenom može proizvesti N-bunare. Dopiranje sa borom, aluminijumom, galijumom i indijem stvara P-bunar.

N atomi imaju slobodne elektrone. P atomi imaju mnogo rupa i mali broj slobodnih elektrona. Primjenom kapije i napona na kanal, elektroni u P atomima se privlače, formirajući elektronski kanal (kanal). Primjena napona između dva N atoma stvara struju između NPN spojeva.

Kao što je prikazano na dijagramu ispod:

Na dijagramu, dno je supstrat P-bunara. Dvije rupe su N-bunari. Odnosno, prilikom izrade ovog NPN tranzistora, ionska implantacija se koristi prije početnog procesa oksidacije. Supstrat se prvo dopira borom (koji sadrži malu količinu fosfora), postajući supstrat P-bunara. (Radi lakšeg čitanja, nisam ranije objasnio ovaj korak.) Sada, dio koji pravi rupu-može biti dopiran fosforom da postane N-bunar. Da li razumete? Svrha dopinga je stvaranje PN spoja, stvaranje tranzistora.

Doping uključuje dva procesa: termičku difuziju i ionsku implantaciju. Budući da je termičkom difuzijom teško postići selektivnu difuziju, ionska implantacija se trenutno koristi za većinu primjena osim za specifične potrebe.

Ionska implantacija je proces korištenja visoko-snopa čestica za direktno ubrizgavanje nečistoća u silikonsku pločicu.