Llif Proses Gweithgynhyrchu Sglodion. Eglurhad Manwl Gyda Darluniau A Thestun.

Gweithgynhyrchu sglodion yw'r broses fwyaf cymhleth yn y byd heddiw. Mae hon yn broses gymhleth a gwblhawyd gan lawer o gwmnïau blaenllaw. Mae'r erthygl hon yn ceisio crynhoi'r broses hon a rhoi disgrifiad cynhwysfawr a chyffredinol o'r broses gymhleth hon.
Mae yna lawer o brosesau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, a dywedir bod cannoedd neu hyd yn oed filoedd o gamau. Nid gor-ddweud yw hyn. Efallai mai dim ond rhan fach o'r broses y bydd ffatri sydd â buddsoddiad biliwn o ddoleri yn ei gwneud. Ar gyfer proses mor gymhleth, bydd yr erthygl hon yn cael ei rhannu'n bum categori mawr i'w hesbonio: gweithgynhyrchu wafferi, ffotolithograffeg ac ysgythru, mewnblannu ïon, dyddodiad ffilm tenau, a phecynnu a phrofi.
1. Proses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion - gweithgynhyrchu wafferi
Gellir rhannu gweithgynhyrchu wafferi yn y 5 prif broses ganlynol:
(1) Tynnu Grisial

◈ Mae polysilicon doped yn cael ei doddi ar 1400 gradd
◈ Chwistrellu nwy anadweithiol argon purdeb uchel
◈ Rhowch y "had" silicon grisial sengl yn y toddi a'i gylchdroi'n araf pan gaiff ei "dynnu allan".
◈ Mae diamedr yr ingot grisial sengl yn cael ei bennu gan y tymheredd a'r cyflymder echdynnu
(2) Mae sleisio wafferi yn defnyddio "llifio" manwl gywir i dorri'r ingot silicon yn wafferi unigol.

(3) Lapio wafer, ysgythru

◈ Mae'r wafferi wedi'u sleisio'n cael eu malu'n fecanyddol gan ddefnyddio grinder cylchdro a slyri alwmina i wneud wyneb y wafer yn wastad ac yn gyfochrog a lleihau diffygion mecanyddol.

◈ Yna caiff y wafferi eu hysgythru mewn hydoddiant asid nitrided/asid asetig i gael gwared ar graciau microsgopig neu ddifrod arwyneb, ac yna cyfres o faddonau dŵr RO/DI purdeb uchel.
(4) Wafferi caboli a glanhau
◈ Nesaf, caiff y wafferi eu sgleinio mewn cyfres o brosesau caboli cemegol a mecanyddol o'r enw CMP (Pwyleg Mecanyddol Cemegol). ◈ Mae'r broses sgleinio fel arfer yn cynnwys dau neu dri cham caboli gan ddefnyddio slyri mwyfwy mân a glanhau canolradd gan ddefnyddio dŵr RO/DI. ◈ Mae glanhau terfynol yn cael ei wneud gan ddefnyddio hydoddiant SC1 (amonia, hydrogen perocsid, a dŵr RO/DI) i gael gwared ar amhureddau a gronynnau organig. Yna, defnyddir HF i gael gwared ar ocsidau brodorol ac amhureddau metel, ac yn olaf mae datrysiad SC2 yn caniatáu i ocsidau brodorol newydd uwch-lân dyfu ar yr wyneb. (5) Prosesu epitaxial wafer

◈ Defnyddir tyfiant epitaxial (EPI) i dyfu haen o silicon un-grisialog o anwedd i swbstrad silicon un-grisialog ar dymheredd uchel.
◈ Gelwir y broses o dyfu haen silicon un grisialog o'r cyfnod anwedd yn epitacsi cyfnod anwedd (VPE).
SiCl4 + 2H2 ↔ Si + 4HCl
SiCl4 (tetraclorid silicon)
Mae'r adwaith yn gildroadwy, hy os ychwanegir HCl, bydd silicon yn cael ei ysgythru allan o wyneb y wafer.
Mae adwaith arall i gynhyrchu Si yn anwrthdroadwy: SiH4 → Si + 2H2 (silane)
◈ Pwrpas twf EPI yw ffurfio haenau gyda chrynodiadau gwahanol (is fel arfer) o dopants sy'n actif yn drydanol ar y swbstrad. Er enghraifft, haen math N ar wafer math P.
◈ Tua 3% o drwch y wafferi.
◈ Dim halogiad i strwythurau transistor dilynol.

2. Proses weithgynhyrchu lled-ddargludyddion - Ffotolithograffeg Mae'r peiriant ffotolithograffeg, y soniwyd amdano lawer yn ystod y blynyddoedd diwethaf, yn un o lawer o offer proses. Mae gan hyd yn oed ffotolithograffeg lawer o gamau proses ac offer.
(1) Photoresist cotio

Mae Photoresist yn ddeunydd ffotosensitif. Ychwanegir ychydig bach o hylif ffotoresist at y wafer. Mae'r wafer yn cael ei gylchdroi ar gyflymder o 1000 i 5000 RPM, gan wasgaru'r ffotoresist i mewn i orchudd unffurf o 2 i 200wm o drwch. Mae dau fath o ffotoresyddion: negyddol a chadarnhaol. Cadarnhaol: Gall dod i gysylltiad â golau dorri i lawr y strwythur moleciwlaidd cymhleth, gan ei gwneud hi'n hawdd ei doddi. Negyddol: Mae datguddiad yn gwneud y strwythur moleciwlaidd yn fwy cymhleth ac yn fwy anodd ei hydoddi. Mae'r camau sy'n gysylltiedig â phob cam ffotolithograffeg fel a ganlyn; ◈ Glanhewch y wafer ◈ Adneuo haen rhwystr SiO2, Si3N4, metel ◈ Gwneud cais photoresist ◈ Pobi meddal ◈ Alinio mwgwd ◈ Amlygiad graffeg ◈ Datblygiad ◈ Pobi ◈ Ysgythru ◈ Dileu photoresist (2) Patrwm Paratoi Patrwm defnyddio meddalwedd CAD Paratoi i ddylunwyr patrwm IC o bob haen. Yna trosglwyddir y patrwm i swbstrad cwarts optegol dryloyw (templed) gyda'r patrwm yn defnyddio generadur patrwm laser neu belydr electron.

(3) Trosglwyddo patrwm (amlygiad) Yma, defnyddir peiriant ffotolithograffeg i daflunio a chopïo'r patrwm o'r templed i'r haen sglodion.

(4) Datblygiad a Phoi ◈ Ar ôl dod i gysylltiad, datblygir y wafer mewn hydoddiant asid neu alcalïaidd i gael gwared ar ardaloedd agored y ffotoresydd. ◈ Unwaith y bydd y ffotoresydd agored wedi'i dynnu, caiff y wafer ei "bobi" ar dymheredd isel i galedu'r ffotoresydd sy'n weddill.

3. Prosesau Gweithgynhyrchu Lled-ddargludyddion - Ysgythriad a Mewnblannu Ion (1) Ysgythriad Gwlyb a Sych ◈ Mae ysgythru cemegol yn cael ei berfformio ar lwyfan gwlyb mawr. ◈ Defnyddir gwahanol fathau o atebion asid, sylfaen a chastig i ddileu ardaloedd dethol o wahanol ddeunyddiau. ◈ Mae BOE, neu ysgythrydd ocsid byffer, wedi'i wneud o asid hydrofluorig wedi'i glustogi â fflworid amoniwm ac fe'i defnyddir i dynnu silicon deuocsid heb ysgythru'r haenen silicon neu polysilicon gwaelodol. ◈ Defnyddir asid ffosfforig i ysgythru haenau nitrid silicon. ◈ Defnyddir asid nitrig i ysgythru metelau. ◈ Mae ffotoresist yn cael ei dynnu ag asid sylffwrig. ◈ Ar gyfer ysgythru sych, rhoddir y wafer mewn siambr ysgythru a'i ysgythru â phlasma. ◈ Diogelwch personél yw'r prif bryder. ◈ Mae llawer o fabs yn defnyddio offer awtomataidd i gyflawni'r broses ysgythru. (2) Gwrthsefyll Stripio
Yna mae'r ffotoresydd yn cael ei dynnu'n llwyr o'r wafer, gan adael patrwm ocsid ar y wafer.

(3) Mewnblannu ïon
◈ Mae mewnblannu ïon yn newid priodweddau trydanol ardaloedd manwl gywir o fewn haenau presennol ar y wafer.
◈ Mae mewnblanwyr ïon yn defnyddio tiwbiau cyflymu cerrynt uchel a magnetau llywio a chanolbwyntio i beledu arwyneb y wafer ag ïonau dopants penodol.
◈ Mae'r ocsid yn gweithredu fel rhwystr tra bod y cemegau dopio yn cael eu dyddodi ar yr wyneb ac yn tryledu i'r wyneb.
◈ Mae'r wyneb silicon yn cael ei gynhesu i 900 gradd ar gyfer anelio, ac mae'r ïonau dopant sydd wedi'u mewnblannu yn ymledu ymhellach i'r wafer silicon.

4. Proses Gweithgynhyrchu Lled-ddargludyddion - Dyddodiad Ffilm Tenau
Mae llawer o ffyrdd a chynnwys o ddyddodiad ffilm tenau, a esbonnir fesul un isod: (1) Silicon Ocsid
Pan fydd silicon yn bodoli mewn ocsigen, bydd SiO2 yn tyfu'n thermol. Daw ocsigen o ocsigen neu anwedd dŵr. Mae'n ofynnol i'r tymheredd amgylchynol fod yn 900 ~ 1200 gradd. Yr adwaith cemegol sy'n digwydd yw
Si+O2 → SiO2
Si +2H2O ->SiO2 + 2H2
Dangosir wyneb y wafer silicon ar ôl ocsidiad dethol yn y ffigur isod:

Mae ocsigen a dŵr yn ymledu trwy'r SiO2 presennol ac yn cyfuno â Si i ffurfio SiO2 ychwanegol. Mae dŵr (anwedd) yn tryledu'n haws nag ocsigen, felly mae'r anwedd yn tyfu'n llawer cyflymach.
Defnyddir ocsid i ddarparu haen insiwleiddio a goddefol i ffurfio giât y transistor. Defnyddir ocsigen sych i ffurfio'r giât a haen denau ocsid. Defnyddir anwedd i ffurfio haen ocsid trwchus. Mae'r haen ocsid inswleiddio fel arfer tua 1500nm, ac mae'r haen giât fel arfer rhwng 200nm a 500nm.
(2) Dyddodiad Anwedd Cemegol

Mae dyddodiad anwedd cemegol (CVD) yn ffurfio ffilm denau ar wyneb swbstrad trwy ddadelfennu thermol a/neu adwaith cyfansoddion nwyol.
Mae tri math sylfaenol o adweithyddion CVD: ◈ Dyddodiad anwedd cemegol atmosfferig
◈ CVD pwysedd isel (LPCVD)
◈ CVD wedi'i wella â plasma (PECVD)
Dangosir diagram sgematig y broses CVD pwysedd isel isod.

Mae prif brosesau adwaith CVD fel a ganlyn
i). Polysilicon PolysiliconSiH4 ->Si + 2h2 ( 600 gradd )
Cyfradd dyddodiad 100 - 200 nm/min
Gellir ychwanegu ffosfforws (ffosffin), boron (diborane) neu nwy arsenig. Gall polysilicon hefyd gael ei ddopio â nwy tryledu ar ôl dyddodiad.
ii). Deuocsid silicon deuocsid
SiH4 + O2→SiO2 + 2h2 (300 - 500 gradd )
Defnyddir SiO2 fel inswleiddiwr neu haen passivation. Fel arfer ychwanegir ffosfforws i gael gwell perfformiad llif electronau.
iii). Silicon nitrid Siicon Nitride
3SiH4 + 4NH3 ->Si3N4 + 12H2
(Silane) (Amonia) (Nitrid)
(3) Sputtering
Mae'r targed yn cael ei beledu ag ïonau ynni uchel fel Ar+, a bydd yr atomau yn y targed yn cael eu symud a'u cludo i'r swbstrad.
Gellir defnyddio metelau fel alwminiwm a thitaniwm fel targedau. (4) Anweddiad
Mae Al neu Au (aur) yn cael ei gynhesu i'r pwynt anweddu, a bydd yr anwedd yn cyddwyso ac yn ffurfio ffilm denau sy'n gorchuddio wyneb y wafer.
Bydd yr enghraifft ganlynol yn esbonio'n fanwl sut mae'r gylched ar y wafer silicon yn cael ei ffurfio gam wrth gam o ffotolithograffeg, ysgythru i ddyddodiad ïon:

5. Proses Gweithgynhyrchu Lled-ddargludyddion - Prawf Pecynnu (Ôl-brosesu)
(1) Prawf Wafer Ar ôl i'r paratoad cylched terfynol gael ei gwblhau, mae'r dyfeisiau prawf ar y wafer yn cael eu profi gan ddefnyddio dull prawf chwiliwr awtomataidd i gael gwared ar gynhyrchion diffygiol.
(2) Deisio Wafferi Ar ôl y prawf stiliwr, caiff y wafer ei dorri'n sglodion unigol.
(3) Gwifrau a phecynnu ◈ Mae sglodion unigol wedi'u cysylltu â'r ffrâm arweiniol, ac mae gwifrau alwminiwm neu aur wedi'u cysylltu trwy gywasgu thermol neu weldio ultrasonic. ◈ Cwblheir pecynnu trwy selio'r ddyfais mewn pecyn ceramig neu blastig. ◈ Mae angen i'r rhan fwyaf o sglodion gael profion swyddogaethol terfynol o hyd cyn eu hanfon at ddefnyddwyr i lawr yr afon.