Ngerteni Proses Fabrikasi Piranti Semikonduktor Lengkap

1. Fotolitografi 

Photolithography, asring identik karo generasi pola, iku salah siji saka pasukan pendorong paling kritis konco kemajuan cepet saka teknologi semikonduktor, asalé saka pangolahan plate-nggawe foto ing printing. Teknik iki ngidini presentation saka pola sembarang ing mikro utawa nano-ukuran nggunakake photoresist, lan nalika digabungake karo teknologi proses liyane, nransfer pola kasebut menyang bahan, nyadari macem-macem desain lan konsep bahan semikonduktor lan piranti. Sumber cahya sing digunakake ing fotolitografi langsung mengaruhi presisi pola, kanthi pilihan saka ultraviolet, ultraviolet jero, nganti sinar-X, lan sinar elektron, saben cocog kanggo nambah tingkat kasetyan pola ing urutan kasebut.

Alur proses fotolitografi standar kalebu nyiapake permukaan, adhesi, panggang alus, paparan, panggang pasca paparan, pangembangan, panggang keras, lan inspeksi.

Perawatan lumahing penting amarga substrat biasane nyerep molekul H2O saka udhara, sing ngrusak fotolitografi. Mulane, substrat wiwitane ngalami proses dehidrasi liwat baking.

Kanggo substrat hidrofilik, adhesi menyang photoresist hidrofobik ora cukup, bisa nyebabake detasemen fotoresist utawa pola misalignment, mula perlu promotor adhesi. Saiki, hexamethyl disilazane (HMDS) lan tri-methyl-silyl-diethyl-amine (TMSDEA) akeh digunakake kanggo nambah adhesion.

Sawise perawatan permukaan, aplikasi photoresist diwiwiti. Kekandelan saka photoresist sing ditrapake ora mung ana hubungane karo viskositas nanging uga kena pengaruh kacepetan spin-coating, umume berbanding terbalik karo akar kuadrat kecepatan spin. Sawise nutupi, panggang alus ditindakake kanggo nguap pelarut saka photoresist, nambah adhesi ing proses sing dikenal minangka prebake.

Sawise langkah-langkah kasebut rampung, eksposur ditindakake. Photoresists diklasifikasikake minangka positif utawa negatif, kanthi sifat ngelawan sawise cahya.

Njupuk photoresist positif minangka conto, ngendi photoresist unexposed ora larut ing pangembang, nanging dadi larut sawise cahya. Sajrone cahya, sumber cahya, ngliwati topeng pola, madhangi substrat sing dilapisi, nggawe pola photoresist. Biasane, landasan kudu didadekake siji karo topeng sadurunge cahya kanggo ngontrol posisi cahya kanthi tepat. Durasi pajanan kudu diatur kanthi ketat kanggo nyegah distorsi pola. Sawise pajanan, baking tambahan bisa uga dibutuhake kanggo nyuda efek gelombang ngadeg, sanajan langkah iki opsional lan bisa dilewati kanggo pangembangan langsung. Pangembangan dissolves photoresist kapapar, nransfer pola topeng kanthi akurat menyang lapisan photoresist. Wektu pangembangan uga kritis — cendhak banget nyebabake pangembangan ora lengkap, dawa banget nyebabake distorsi pola.

Sabanjure, baking hard nguatake lampiran film photoresist menyang substrat lan nambah resistensi etch. Temperatur panggang atos umume rada luwih dhuwur tinimbang prebake.

Pungkasan, pamriksan mikroskopis verifikasi manawa pola kasebut cocog karo pangarepan. Sawise pola ditransfer menyang materi dening proses liyane, photoresist wis dadi tujuane lan kudu dibusak. Cara ngudani kalebu teles (nggunakake pelarut organik sing kuwat kaya aseton) lan garing (nggunakake plasma oksigen kanggo ngilangi film kasebut).

2. Teknik Doping 

Doping penting banget ing teknologi semikonduktor, ngowahi sifat listrik bahan semikonduktor yen perlu. Cara doping umum kalebu difusi termal lan implantasi ion.

(1) Implantasi Ion 

Implantasi ion dopes substrat semikonduktor kanthi bombarding karo ion energi dhuwur. Dibandhingake karo difusi termal, akeh kaluwihan. Ion, sing dipilih dening penganalisis massa, njamin kemurnian doping sing dhuwur. Sajrone implantasi, substrat tetep ing suhu kamar utawa rada ndhuwur. Akeh film masking bisa digunakake, kayata silikon dioksida (SiO2), silikon nitrida (Si3N4), lan photoresist, nyediakake keluwesan dhuwur karo Techniques topeng poto-selaras. Dosis implan dikontrol kanthi tepat, lan distribusi ion najis sing ditanem seragam ing bidang sing padha, sing ngasilake tingkat pengulangan sing dhuwur.

Ambane implantasi ditemtokake dening energi ion. Kanthi ngatur energi lan dosis, distribusi ion najis ing substrat pasca-implantasi bisa dimanipulasi. Multiple implantations karo skema mawarni-warni bisa dileksanakake terus-terusan kanggo entuk macem-macem profil najis. Utamane, ing substrat kristal tunggal, yen arah implantasi sejajar karo arah kristalografi, efek penyaluran kedadeyan-sawetara ion bakal lelungan ing sadawane saluran, nggawe kontrol kedalaman dadi tantangan.

Kanggo nyegah panyaluran, implantasi biasane ditindakake kanthi sudut 7 ° menyang sumbu utama substrat kristal tunggal utawa kanthi nutupi substrat kanthi lapisan amorf.

Nanging, implantasi ion bisa ngrusak struktur kristal substrat. Ion energi dhuwur, nalika tabrakan, mindhah energi menyang inti lan elektron saka substrat, nyebabake dheweke ninggalake kisi lan mbentuk pasangan cacat interstitial-kosong. Ing kasus sing abot, struktur kristal ing sawetara wilayah bisa dirusak, mbentuk zona amorf.

Kerusakan kisi banget mengaruhi sifat listrik bahan semikonduktor, kayata nyuda mobilitas operator utawa umur operator non-ekuilibrium. Sing paling penting, mayoritas impurities sing ditanem ngenggoni situs interstitial sing ora teratur, gagal mbentuk doping sing efektif. Mulane, ndandani karusakan kisi pasca-implantasi lan aktivasi listrik saka impurities penting.

(2)Rapid Thermal Processing (RTP)

 Anil termal minangka cara sing paling efektif kanggo ndandani karusakan kisi sing disebabake dening implantasi ion lan impurities sing ngaktifake listrik. Ing suhu dhuwur, pasangan cacat interstisial-kosong ing kisi kristal substrat bakal gabung maneh lan ilang; wilayah amorf uga bakal recrystallize saka wates karo wilayah siji-kristal liwat epitaxy solid-phase. Kanggo nyegah bahan substrat saka oksidasi ing suhu dhuwur, anil termal kudu dilakoni ing vakum utawa atmosfer gas inert. Anil tradisional mbutuhake wektu suwe lan bisa nyebabake panyebaran najis sing signifikan amarga difusi.

Tekane sakateknologi RTPngatasi masalah iki, umume ngrampungake ndandani karusakan kisi lan aktivasi impurity ing wektu annealing sing dicekak.

Gumantung ing sumber panas,RTPdikategorikaké dadi sawetara jinis: pemindaian sinar elektron, sinar elektron lan ion pulsed, laser pulsed, laser gelombang terus-terusan, lan sumber cahya inkoheren broadband (lampu halogen, pemanas grafit, lampu busur), sing paling akeh digunakake. Sumber kasebut bisa dadi panas substrat menyang suhu sing dibutuhake kanthi cepet, ngrampungake anil ing wektu sing cendhak lan kanthi efektif nyuda difusi impurity.

3. Teknik Deposisi Film

(1) Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)

PECVD minangka salah sawijining wujud teknik Chemical Vapor Deposition (CVD) kanggo deposisi film, karo loro liyane yaiku Atmospheric Pressure CVD (APCVD) lan Low Pressure CVD (LPCVD).

Saiki, PECVD paling akeh diterapake ing antarane telung jinis kasebut. Iki nggunakake plasma frekuensi radio (RF) kanggo miwiti lan njaga reaksi kimia ing suhu sing relatif murah, mula nggampangake deposisi film ing suhu rendah kanthi tingkat deposisi sing dhuwur. Skema peralatan kasebut kaya sing digambarake. 

Film sing diprodhuksi liwat metode iki nuduhake adhesi lan sifat listrik sing luar biasa, mikroporositas minimal, keseragaman dhuwur, lan kemampuan isi skala cilik sing kuat. Faktor sing mengaruhi kualitas deposisi PECVD kalebu suhu substrat, laju aliran gas, tekanan, daya RF, lan frekuensi.

(2) Sputtering 

Sputtering minangka metode Deposisi Uap Fisik (PVD). Ion sing diisi daya (biasane ion Argon, Ar+) dipercepat ing medan listrik, entuk energi kinetik. Padha diarahake menyang materi target, tabrakan karo molekul target lan nyebabake dislodge lan sputter adoh. Molekul-molekul iki uga nduweni energi kinetik sing signifikan lan pindhah menyang substrat, nyelehake ing ndhuwur.

Sumber daya sputtering sing biasane digunakake kalebu Direct Current (DC) lan Radio Frequency (RF), ing ngendi sputtering DC langsung ditrapake kanggo bahan konduktif kaya logam, nalika bahan insulasi mbutuhake sputtering RF kanggo deposisi film.

Sputtering konvensional ngalami tingkat deposisi sing sithik lan tekanan kerja sing dhuwur, sing nyebabake kualitas film sing luwih murah. Sputtering Magnetron ngatasi masalah kasebut luwih becik. Iki nggunakake medan magnet eksternal kanggo ngowahi lintasan linier ion menyang jalur heliks ing sekitar arah medan magnet, ndawakake jalur kasebut lan ningkatake efisiensi tabrakan karo molekul target, saéngga nambah efisiensi sputtering. Iki nyebabake tingkat deposisi tambah, tekanan kerja sing suda, lan kualitas film sing luwih apik.

4. Etching Teknik

Etching diklasifikasikake dadi mode garing lan udan, dijenengi kanggo panggunaan (utawa kekurangan) solusi tartamtu.

Biasane, etching mbutuhake nyiapake lapisan topeng (sing bisa langsung dadi photoresist) kanggo nglindhungi wilayah sing ora dimaksudake kanggo etsa.

(1) Etching garing

Jinis etsa garing umum kalebuInductively Coupled Plasma (ICP) etsa, Ion Beam Etching (IBE), lan Reactive Ion Etching (RIE).

Ing etsa ICP, plasma sing diasilake pelepasan cemlorot ngemot akeh radikal bebas sing aktif banget kanthi kimia (atom, molekul, utawa gugus atom), sing reaksi kimia karo materi target kanggo mbentuk produk sing molah malih, saengga entuk etsa.

IBE nggunakake ion energi dhuwur (diionisasi saka gas inert) kanggo langsung ngebom permukaan materi target kanggo etsa, minangka proses fisik.

RIE dianggep minangka kombinasi saka rong sadurunge, ngganti gas inert sing digunakake ing IBE karo gas sing digunakake ing etsa ICP, saengga dadi RIE.

Kanggo etsa garing, tingkat etsa vertikal adoh ngluwihi tingkat lateral, yaiku, nduweni rasio aspek sing dhuwur, ngidini replikasi pola topeng sing tepat. Nanging, etching garing uga etches lapisan topeng, nuduhake selektivitas miskin (rasio tarif etsa saka materi target kanggo lapisan topeng), utamané karo IBE, kang bisa non-selektif etch ing lumahing materi.

(2) Etching Basah 

Wet etching nuduhake cara etsa sing digayuh kanthi nyemplungake materi target ing larutan (etchant) sing reaksi kimia kasebut.

Cara etsa iki prasaja, biaya-efektif, lan nuduhake selektivitas apik nanging rasio aspek kurang. Materi ing sangisore tutup topeng bisa karat, dadi kurang presisi tinimbang etsa garing. Kanggo nyuda dampak negatif saka rasio aspek sing kurang, tingkat etsa sing cocog kudu dipilih. Faktor sing mengaruhi tingkat etsa kalebu konsentrasi etsa, wektu etsa, lan suhu etsa.**