Den detaljerte produksjonsprosessen av chips!

█ Oksidasjon

Først påføres et oksidlag på den kuttede og polerte waferen. Hensikten med oksidasjon er å danne en beskyttende film (oksidlag) på den skjøre waferoverflaten. Dette oksidlaget forhindrer at waferen blir påvirket av kjemiske urenheter, lekkasjestrøm og etsing.

Tørr oksidasjon innebærer å introdusere rent oksygen, som strømmer over waferoverflaten og reagerer med silisium for å danne et silisiumdioksydlag. Våtoksidasjon bruker både oksygen og svært løselig vanndamp.

█ Fotolitografi (belegg, for-baking, eksponering, etter-baking, utvikling)

Fotolitografi, enkelt sagt, er som en skriver som "etser" brikkekretsmønsteret på waferen.

Fotolitografi kan deles inn i tre hovedtrinn: belegg, eksponering og utvikling. La oss se på hver og en etter tur.

Først er belegg. Dette limet kalles fotoresist, noen ganger også kalt fotoresist, og er et fotosensitivt materiale.

Det finnes to typer fotoresist: positiv og negativ.

Positiv fotoresist, når den utsettes for en spesifikk lysstråle (eksponering), gjennomgår en endring i sin molekylære struktur, og blir lettere oppløst. Negativ fotoresist blir derimot vanskelig å løse opp etter eksponering. Positiv fotoresist brukes i de fleste tilfeller.

Belegg

En fotomaske er en glass- eller kvartsplate med et mønstret lag av et ugjennomsiktig materiale (som krom). Dette mønsteret er i hovedsak planen for brikken, eller den integrerte kretsoppsettet.

Fotomaske

I en litografimaskin er oblaten og fotomasken nøyaktig festet. Deretter sender en spesiell lyskilde (kvikksølvdamplampe eller excimer-laser) ut en lysstråle (ultrafiolett lys). Denne strålen passerer gjennom utskjæringer i fotomasken og flere linser (for å fokusere lyset), og projiserer den til slutt på et lite område av waferen.

Det intrikate kretsmønsteret blir dermed "projisert" på waferen.

Ved å bruke positiv fotoresist som eksempel, blir fotoresisten i det eksponerte området lettere oppløst. Den ueksponerte fotoresisten forblir uskadet.

De mekaniske armaturene som holder waferen og fotomasken beveger seg konstant, og lysstrålen lyser opp waferen kontinuerlig. Til syvende og sist blir kretsløpet for dusinvis til hundrevis av sjetonger "tegnet" på hele waferen.

Litografiprosessen

Etter at silisiumplaten kommer ut av litografimaskinen, gjennomgår den en oppvarmings- og bakeprosess (baking i 20 minutter ved 120-180 grader), kjent som etterbaking.

Hensikten med etter-baking er å sikre at den fotokjemiske reaksjonen i fotoresisten er fullstendig fullført, og kompenserer for utilstrekkelig eksponeringsintensitet. Post-bake reduserer også ring-lignende mønstre som vises etter fremkalling av fotoresist på grunn av den stående bølgeeffekten.

Deretter kommer utviklingen. Etter eksponering senkes waferen i en fremkallingsløsning. Fremkallingsløsningen fjerner den eksponerte fotoresisten (positiv fotoresist), og avslører mønsteret.

█ Etsning

Ok, la oss fortsette å diskutere brikkeproduksjonsprosessen. Nå, selv om mønsteret er synlig, har vi bare fjernet en del av fotoresisten. Det vi virkelig trenger å fjerne er det underliggende oksidlaget (delen som ikke er beskyttet av fotoresisten).

Vi må med andre ord fortsette å «grave» dypere. Prosessen som brukes på dette stadiet er etsing. Etseprosesser er delt inn i to typer: våt og tørr etsing.

Våtetsing innebærer å senke waferen i en flytende løsning som inneholder spesifikke kjemikalier, ved å bruke en kjemisk reaksjon for å løse opp halvlederstrukturen (oksidfilmen) som ikke er beskyttet av fotoresisten.

Tørretsing bruker plasma- eller ionestråler for å bombardere waferen, og fjerne den ubeskyttede halvlederstrukturen.

To konsepter er viktige i etseprosesser: isotropi (eller anisotropi) og selektivitet.

Våtetsing etser i alle retninger, derav begrepet "isotropi." Tørretsing etser bare i vinkelrett retning, derav begrepet "anisotropi." Sistnevnte er klart bedre.

Under etsing blir både oksidlaget og fotoresisten etset. Under de samme etsningsforholdene er forholdet mellom fotoresistets etsningshastighet og etsningshastigheten til materialet som etses (oksidlag) selektiviteten. Det er klart at vi må etse så lite fotoresist som mulig og etse så mye oksidlag som mulig.

█ Doping (ionimplantasjon)

Ok, det avslutter «hull-prosessen». På dette tidspunktet er waferoverflaten etset med forskjellige grøfter og mønstre. La oss deretter se på dopingprosessen.

Da jeg introduserte grunnleggende brikkekunnskap (Hvordan fungerer halvlederbrikker?), nevnte jeg at transistorer er de grunnleggende byggesteinene til brikker. Hver transistor er basert på et PN-kryss. Som vist i diagrammet nedenfor (MOSFET-transistor, NPN), inkluderer den P-brønner, N-brønner, kanaler, porter osv.

Den forrige fotolitografien og etsningen skapte bare hullene. Deretter må vi konstruere P-brønner og N-brønner basert på disse hullene. Rent silisium i seg selv er ikke-ledende. For å gjøre ikke-ledende rent silisium til en halvleder, må vi introdusere urenheter (kalt dopanter) i silisiumet for å endre dets elektriske egenskaper.

For eksempel kan doping av silisium med fosfor, antimon og arsen produsere N-brønner. Doping med bor, aluminium, gallium og indium skaper en P-brønn.

N-atomer har frie elektroner. P-atomer har mange hull og et lite antall frie elektroner. Ved å påføre en port og spenning på kanalen, tiltrekkes elektroner i P-atomene, og danner en elektronkanal (kanal). Påføring av spenning mellom de to N-atomene skaper en strøm mellom NPN-kryssene.

Som vist i diagrammet nedenfor:

I diagrammet er bunnen P-brønnsubstratet. De to hullene er N-brønner. Det vil si at når man lager denne NPN-transistoren, brukes ioneimplantasjon før den innledende oksidasjonsprosessen. Substratet dopes først med bor (som inneholder en liten mengde fosfor), og blir et P-brønnsubstrat. (For å gjøre det enklere å lese, forklarte jeg ikke dette trinnet tidligere.) Nå kan delen for å lage hull-dopes med fosfor for å bli en N-brønn. Forstår du? Hensikten med doping er å lage et PN-kryss, lage en transistor.

Doping inkluderer to prosesser: termisk diffusjon og ioneimplantasjon. Fordi termisk diffusjon er vanskelig å oppnå selektiv diffusjon, brukes ioneimplantasjon for tiden for de fleste applikasjoner bortsett fra spesifikke behov.

Ioneimplantasjon er prosessen med å bruke en høy-partikkelstråle for å injisere urenheter direkte i en silisiumplate.