Понимание процесса производства полупроводников: от материалов к готовым изделиям

Полупроводники в современной технологии

Полупроводники — повсеместный элемент современных технологий. По способности проводить электричество находятся между проводниками и диэлектриками. Используются в цифровых схемах компьютеров, радио, телефонов и другого оборудования.

Базовые материалы

Процесс начинается с базового материала. Полупроводники делают из дюжины материалов: германий, арсенид галлия, индиевые соединения (антимонид индия, фосфид индия). Наиболее популярный — кремний: низкая стоимость, простота обработки, температурный диапазон.

Производство кремниевых пластин

На примере кремния: производство круглых пластин алмазной пилой. Пластины сортируют по толщине, проверяют на дефекты. Одна сторона травят химикатами и полируют до зеркального блеска для удаления примесей и повреждений. Кристаллы строят на гладкой стороне.

Фотолитография и формирование схем

Наносят слой кремнезного стекла на полированную сторону — не проводит электричество, готовит к фотолитографии. После покрытия фоторезистом (светочувствительным химикатом) наносят слои схем. Свет через ретикл и маску-линзу проецирует схему на пластину.

Удаление фоторезиста и очистка

Фоторезист смывают органическими растворителями в процессе ашинга (ashing). Результат — трехмерная пластина. Затем промывка мокрыми химикатами и кислотами для удаления загрязнений. Многослойность достигается повторением фотолитографии.

Легирование и металлизация

Области пластины экспонируют химикатам для снижения проводимости: донирующие атомы вытесняют кремний в структуре. Сложно контролировать дозу донирования в каждой зоне. Финал — покрытие всей поверхности тонким слоем проводящего металла (обычно медь). Полируют для удаления нежелательных химикатов. Готовые полупроводники тщательно тестируют.