Nákvæmt framleiðsluferli flögum!

█ Oxun

Fyrst er oxíðlag sett á hægelduðu og fáguðu oblátuna. Tilgangur oxunar er að mynda hlífðarfilmu (oxíðlag) á viðkvæmu yfirborðinu. Þetta oxíðlag kemur í veg fyrir að diskurinn verði fyrir áhrifum af efnafræðilegum óhreinindum, lekastraumi og ætingu.

Þurr oxun felur í sér að innleiða hreint súrefni, sem flæðir yfir yfirborð skúffunnar og hvarfast við sílikon til að mynda kísildíoxíðlag. Blaut oxun notar bæði súrefni og mjög leysanlega vatnsgufu.

█ Ljósmyndafræði (húðun, for-bakstur, lýsing, eftir-bakstur, þróun)

Ljósmyndafræði, einfaldlega sagt, er eins og prentari sem „ætar“ flísrásarmynstrið á oblátuna.

Ljósmyndafræði má skipta í þrjú meginþrep: húðun, útsetningu og þróun. Við skulum skoða hvern og einn fyrir sig.

Fyrst er húðun. Þetta lím er kallað ljósþol, stundum einnig kallað ljósþol, og er ljósnæmt efni.

Það eru tvær gerðir af photoresist: jákvæð og neikvæð.

Jákvæð ljósviðnám, þegar það verður fyrir ákveðnum ljósgeisla (lýsing), breytist í sameindabyggingu þess og leysist auðveldara upp. Neikvæð photoresist verður aftur á móti erfitt að leysa upp eftir lýsingu. Jákvæð ljósþol er notuð í flestum tilfellum.

Húðun

Ljósmyndagrímur er gler- eða kvarsplata með mynstraðu lagi af ógagnsæu efni (eins og króm). Þetta mynstur er í meginatriðum teikningin fyrir flísinn, eða samþætta hringrásarskipulagið.

Ljósmyndagrímur

Í steinþrykkvél er oblátið og ljósmyndagríman nákvæmlega fest. Þá gefur sérstakur ljósgjafi (kvikasilfursgufulampi eða excimer leysir) frá sér ljósgeisla (útfjólublátt ljós). Þessi geisli fer í gegnum útskoranir í ljósmyndamaskanum og margar linsur (til að stilla ljósið) og varpar því að lokum á lítið svæði á skífunni.

Hinu flókna hringrásarmynstri er þannig "varpað" á oblátuna.

Með því að nota jákvæða ljósþol sem dæmi, leysist ljósviðnámið á útsettu svæði auðveldara upp. Ólýsta ljósþolið helst óskemmt.

Vélrænni innréttingarnar sem halda skífunni og ljósmyndagrímunni hreyfast stöðugt og ljósgeislinn lýsir stöðugt upp skífuna. Á endanum er rafrásin fyrir tugi til hundruða flís "teiknuð" á alla oblátuna.

Lithography ferli

Eftir að kísilskúffan kemur út úr steinþrykkvélinni fer hún í hitunar- og bökunarferli (bakað í 20 mínútur við 120-180 gráður), þekkt sem eftirbökun.

Tilgangur eftir-bökunar er að tryggja að ljósefnahvarfinu í ljósþolnum sé að fullu lokið, sem bætir upp fyrir ófullnægjandi lýsingarstyrk. Post-bake dregur einnig úr hringnum-líkum mynstrum sem birtast eftir þróun ljósþols vegna standbylgjuáhrifa.

Næst kemur þróun. Eftir útsetningu er oblátið sökkt í þróunarlausn. Þróunarlausnin fjarlægir útsetta ljósþolna (jákvæða ljósþolinn) og sýnir mynstrið.

█ Æting

Allt í lagi, við skulum halda áfram að ræða flísaframleiðsluferlið. Nú, þó að mynstrið sé sýnilegt, höfum við aðeins fjarlægt hluta af photoresist. Það sem við þurfum í raun að fjarlægja er undirliggjandi oxíðlagið (hlutinn sem ekki er varinn af ljósþolnum).

Með öðrum orðum, við þurfum að halda áfram að "grafa" dýpra. Ferlið sem notað er á þessu stigi er æting. Ætsferli er skipt í tvær tegundir: blautætingu og þurrætingu.

Blautæting felur í sér að dýfa skífunni í fljótandi lausn sem inniheldur tiltekin efni, með því að nota efnahvörf til að leysa upp hálfleiðarabygginguna (oxíðfilmuna) sem ekki er vernduð af ljósþolnum.

Þurræting notar plasma- eða jóngeisla til að sprengja skífuna og fjarlægja óvarða hálfleiðarabygginguna.

Tvö hugtök eru mikilvæg í ætingarferlum: ísótrópía (eða anisotropy) og sértækni.

Blautæting ætar í allar áttir, þess vegna er hugtakið "samsöfnun". Þurræting ætar aðeins í hornrétta átt, þess vegna er hugtakið "anisotropy". Sá síðarnefndi er greinilega betri.

Við ætingu eru bæði oxíðlagið og ljósþolið ætið. Við sömu ætingaraðstæður er hlutfall ætunarhraða ljósþols og ætingarhraða efnisins sem verið er að æta (oxíðlag) sértæknin. Ljóst er að við þurfum að etsa eins lítið af photoresist og mögulegt er og etsa eins mikið oxíðlag og mögulegt er.

█ Lyfjagjöf (jónaígræðsla)

Allt í lagi, þar með er „holu-gerðinni“ lokið. Á þessum tímapunkti hefur yfirborðið verið ætið með ýmsum skurðum og mynstrum. Næst skulum við skoða lyfjaferlið.

Þegar ég kynnti grunnþekkingu á flísum (Hvernig virka hálfleiðaraflísar nákvæmlega?), nefndi ég að smári eru grunnbyggingareiningar flísanna. Hver smári er byggður á PN mótum. Eins og sýnt er á skýringarmyndinni hér að neðan (MOSFET smári, NPN), inniheldur hann P-holur, N-holur, rásir, hlið osfrv.

Fyrri ljóslitafræðin og ætingin mynduðu aðeins götin. Næst þurfum við að smíða P-holur og N-holur út frá þessum holum. Hreint sílikon sjálft er ekki-leiðandi. Til að gera ó-leiðandi hreinan sílikon að hálfleiðara verðum við að setja óhreinindi (kallað dópefni) inn í sílikonið til að breyta rafeiginleikum hans.

Til dæmis getur lyfjanotkun kísils með fosfór, antímóni og arseni framleitt N-holur. Lyfjagjöf með bór, áli, gallíum og indíum skapar P-brunn.

N atóm hafa frjálsar rafeindir. P frumeindir hafa mörg göt og lítið magn af frjálsum rafeindum. Með því að setja hlið og spennu á rásina dragast rafeindir í P frumeindunum og mynda rafeindarás (rás). Þegar spenna er beitt á milli N-atómanna tveggja myndast straumur á milli NPN-mótanna.

Eins og sést á skýringarmyndinni hér að neðan:

Á skýringarmyndinni er botninn undirlag P-brunnsins. Holurnar tvær eru N-holur. Það er, þegar þessi NPN smári er gerður, er jónaígræðsla notuð fyrir upphaflega oxunarferlið. Undirlagið er fyrst dópað með bór (sem inniheldur lítið magn af fosfór) og verður að P-holu hvarfefni. (Til að auðvelda lestur þá útskýrði ég þetta skref ekki fyrr.) Nú er hægt að dópa holu-hlutann með fosfór til að verða N-brunnur. Skilurðu? Tilgangur lyfjanotkunar er að búa til PN tengi, búa til smári.

Lyfjanotkun felur í sér tvö ferli: hitauppstreymi og jónaígræðslu. Vegna þess að erfitt er að ná fram sértækri dreifingu er jónaígræðsla notuð fyrir flest forrit nema fyrir sérstakar þarfir.

Jónaígræðsla er ferlið við að nota há-orkuagnageisla til að dæla óhreinindum beint inn í kísilskúffu.