Quy trình sản xuất chip chi tiết!

█ Quá trình oxy hóa

Đầu tiên, một lớp oxit được phủ lên tấm wafer được cắt hạt lựu và đánh bóng. Mục đích của quá trình oxy hóa là tạo thành một lớp màng bảo vệ (lớp oxit) trên bề mặt wafer mỏng manh. Lớp oxit này giúp tấm wafer không bị ảnh hưởng bởi tạp chất hóa học, dòng điện rò rỉ và ăn mòn.

Quá trình oxy hóa khô liên quan đến việc đưa oxy tinh khiết chảy qua bề mặt tấm bán dẫn và phản ứng với silicon để tạo thành lớp silicon dioxide. Quá trình oxy hóa ướt sử dụng cả oxy và hơi nước hòa tan cao.

█ Quang khắc (Phủ,-nướng trước, Phơi sáng, Sau-nướng, Xử lý)

Nói một cách đơn giản, kỹ thuật quang khắc giống như một máy in "khắc" mẫu mạch chip lên tấm bán dẫn.

Quang khắc có thể được chia thành ba bước chính: phủ, phơi sáng và phát triển. Chúng ta hãy lần lượt xem xét từng cái một.

Đầu tiên là lớp phủ. Chất kết dính này được gọi là chất quang dẫn, đôi khi còn được gọi là chất quang dẫn, và là một vật liệu cảm quang.

Có hai loại chất quang dẫn: dương và âm.

Chất quang dẫn dương, khi tiếp xúc với một chùm ánh sáng cụ thể (phơi sáng), sẽ trải qua sự thay đổi cấu trúc phân tử của nó, trở nên dễ hòa tan hơn. Mặt khác, chất quang điện âm trở nên khó hòa tan sau khi tiếp xúc. Chất quang dẫn dương được sử dụng trong hầu hết các trường hợp.

Lớp phủ

Mặt nạ quang là một tấm thủy tinh hoặc thạch anh với một lớp có hoa văn bằng vật liệu mờ đục (chẳng hạn như crom). Mẫu này về cơ bản là bản thiết kế chi tiết cho chip hoặc bố cục mạch tích hợp.

Mặt nạ ảnh

Trong máy in thạch bản, tấm bán dẫn và mặt nạ quang được cố định một cách chính xác. Sau đó, một nguồn sáng đặc biệt (đèn hơi thủy ngân hoặc tia laser excimer) phát ra một chùm ánh sáng (tia cực tím). Chùm tia này đi qua các phần cắt trên mặt nạ ảnh và nhiều thấu kính (để tập trung ánh sáng), cuối cùng chiếu nó lên một vùng nhỏ của tấm bán dẫn.

Do đó, mẫu mạch phức tạp được "chiếu" lên tấm bán dẫn.

Lấy chất quang dẫn dương làm ví dụ, chất quang dẫn ở vùng tiếp xúc sẽ dễ hòa tan hơn. Chất quang dẫn không được phơi sáng vẫn không bị hư hại.

Các thiết bị cơ khí giữ tấm bán dẫn và mặt nạ quang liên tục chuyển động, và chùm ánh sáng liên tục chiếu sáng tấm bán dẫn. Cuối cùng, mạch điện cho hàng chục đến hàng trăm con chip được “vẽ” trên toàn bộ tấm bán dẫn.

Quá trình in thạch bản

Sau khi tấm wafer silicon thoát ra khỏi máy in thạch bản, nó sẽ trải qua quá trình gia nhiệt và nướng (nướng trong 20 phút ở nhiệt độ 120-180 độ ), được gọi là nướng sau.

Mục đích của-nướng sau là để đảm bảo phản ứng quang hóa trong chất quang dẫn được hoàn thành đầy đủ, bù đắp cho cường độ phơi sáng không đủ. Post{2}}nướng cũng làm giảm các mẫu giống như vòng-xuất hiện sau khi phát triển chất cản quang do hiệu ứng sóng dừng.

Tiếp theo là sự phát triển. Sau khi tiếp xúc, tấm wafer được ngâm trong dung dịch đang phát triển. Dung dịch phát triển sẽ loại bỏ chất quang dẫn đã lộ ra (chất quang dẫn dương), để lộ mẫu.

█ khắc

Được rồi, chúng ta hãy tiếp tục thảo luận về quy trình sản xuất chip. Bây giờ, mặc dù mẫu đã hiển thị nhưng chúng tôi chỉ loại bỏ một phần chất quang dẫn. Thứ chúng ta thực sự cần loại bỏ là lớp oxit bên dưới (phần không được bảo vệ bởi chất quang dẫn).

Nói cách khác, chúng ta cần tiếp tục “đào” sâu hơn. Quá trình được sử dụng ở giai đoạn này là khắc. Quá trình khắc được chia thành hai loại: khắc ướt và khắc khô.

Khắc ướt bao gồm việc nhúng tấm bán dẫn vào dung dịch lỏng chứa các hóa chất cụ thể, sử dụng phản ứng hóa học để hòa tan cấu trúc bán dẫn (màng oxit) không được chất quang dẫn bảo vệ.

Khắc khô sử dụng chùm tia plasma hoặc ion để bắn phá tấm bán dẫn, loại bỏ cấu trúc bán dẫn không được bảo vệ.

Hai khái niệm rất quan trọng trong quá trình khắc: đẳng hướng (hoặc dị hướng) và tính chọn lọc.

Khắc ướt khắc theo mọi hướng, do đó có thuật ngữ "đẳng hướng". Khắc khô chỉ khắc theo hướng vuông góc, do đó có thuật ngữ "dị hướng". Cái sau rõ ràng là tốt hơn.

Trong quá trình ăn mòn, cả lớp oxit và chất quang dẫn đều bị ăn mòn. Trong cùng điều kiện ăn mòn, tỷ lệ giữa tốc độ ăn mòn chất quang dẫn và tốc độ ăn mòn của vật liệu được ăn mòn (lớp oxit) là độ chọn lọc. Rõ ràng, chúng ta cần khắc càng ít chất quang dẫn càng tốt và khắc càng nhiều lớp oxit càng tốt.

█ Doping (Cấy ion)

Được rồi, quá trình "tạo lỗ" đã kết thúc. Tại thời điểm này, bề mặt wafer đã được khắc với nhiều rãnh và hoa văn khác nhau. Tiếp theo, chúng ta hãy xem xét quá trình doping.

Khi giới thiệu kiến ​​thức cơ bản về chip (Chip bán dẫn hoạt động chính xác như thế nào?), tôi đã đề cập rằng bóng bán dẫn là thành phần cơ bản của chip. Mỗi bóng bán dẫn dựa trên một điểm nối PN. Như được hiển thị trong sơ đồ bên dưới (bóng bán dẫn MOSFET, NPN), nó bao gồm giếng P-, giếng N-, kênh, cổng, v.v.

Quá trình quang khắc và khắc trước đây chỉ tạo ra các lỗ. Tiếp theo, chúng ta cần xây dựng giếng P{1}}và N-dựa trên các lỗ này. Bản thân silicon nguyên chất không{4}}dẫn điện. Để biến silicon tinh khiết không dẫn điện trở thành chất bán dẫn, chúng ta phải đưa tạp chất (gọi là chất tạp chất) vào silicon để thay đổi đặc tính điện của nó.

Ví dụ: pha tạp silicon với phốt pho, antimon và asen có thể tạo ra N{0}}giếng. Việc pha tạp boron, nhôm, gali và indium tạo ra giếng P{2}}.

Nguyên tử N có electron tự do. Nguyên tử P có nhiều lỗ trống và một số ít electron tự do. Bằng cách áp một cổng và điện áp vào kênh, các electron trong nguyên tử P bị thu hút, tạo thành kênh electron (kênh). Đặt điện áp vào giữa hai nguyên tử N sẽ tạo ra dòng điện giữa các điểm nối NPN.

Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây:

Trong sơ đồ, đáy là chất nền giếng P{0}}. Hai lỗ này là N{2}}giếng. Nghĩa là khi chế tạo bóng bán dẫn NPN này, việc cấy ion được sử dụng trước quá trình oxy hóa ban đầu. Chất nền đầu tiên được pha tạp boron (chứa một lượng nhỏ phốt pho), trở thành chất nền giếng P-. (Để dễ đọc, tôi chưa giải thích bước này sớm hơn.) Bây giờ, bộ phận tạo lỗ có thể được pha tạp phốt pho để trở thành giếng N. Bạn hiểu không? Mục đích của doping là tạo ra tiếp giáp PN, tạo ra một bóng bán dẫn.

Doping bao gồm hai quá trình: khuếch tán nhiệt và cấy ion. Bởi vì khuếch tán nhiệt khó đạt được sự khuếch tán chọn lọc nên việc cấy ion hiện được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng ngoại trừ các nhu cầu cụ thể.

Cấy ion là quá trình sử dụng chùm hạt năng lượng cao-để bơm trực tiếp tạp chất vào tấm bán dẫn silicon.