Os chips semicondutores são compostos de muitas camadas em microescala, menores que uma unha e mais finas que papel. O semicondutor é empilhado alto e denso, formando estruturas complexas semelhantes a edifícios altos.

Para criar tais estruturas, as seguintes etapas precisam ser repetidas várias vezes: litografia - revestimento da parte superior de um wafer de silício monocristalino (a matéria-prima para semicondutores) com um filme fino e circuitos padronizados, gravação - remoção seletiva de materiais desnecessários, e em seguida, limpando as impurezas da superfície.

Após os processos de gravação e limpeza, a película fina funciona para separar, conectar e proteger os circuitos. A seguir, apresentaremos o processo de deposição para fabricação de filmes finos e o processo de implantação iônica para conferir propriedades elétricas aos semicondutores.

Processo de deposição: aplicação de filmes finos ao wafer

O termo "filme fino" refere-se a um filme de 1 mícron (μm) ou mais fino, uma espessura que não pode ser alcançada por meio de processamento mecânico simples. A deposição é uma série de processos que envolvem o revestimento do wafer com os filmes finos desejados de nível molecular ou atômico. Devido à natureza extremamente fina dos filmes, são necessárias técnicas precisas para aplicar uniformemente os filmes no wafer.

A deposição geralmente pode ser dividida em dois tipos. Esses dois tipos são Deposição Física de Vapor (PVD) e Deposição Química de Vapor (CVD).

A deposição física de vapor é usada principalmente para depositar filmes metálicos sem envolver reações químicas. Por outro lado, a Deposição Química de Vapor envolve a aplicação de energia externa ao vapor de partículas formado por reações químicas gasosas, e o vapor é pulverizado na superfície para deposição. Esta técnica pode ser usada para depositar filmes finos em condutores, isoladores e semicondutores.

A Deposição Química de Vapor é o método de deposição mais amplamente utilizado nos processos atuais de semicondutores. Pode ainda ser classificado em DCV térmica, DCV plasmática e DCV fotoinduzida, dependendo da fonte de energia externa utilizada. Entre estes, o Plasma CVD é a aplicação mais comum, pois pode formar filmes em baixas temperaturas, controlar a uniformidade da espessura do filme e lidar com grandes volumes.

O filme fino formado através do processo de deposição consiste em duas camadas: uma camada metálica (condutora) para conectar sinais elétricos entre circuitos e uma camada isolante para isolamento elétrico entre camadas internas de interconexão ou impedir a entrada de contaminantes.

Implantação iônica: transformando wafers em semicondutores.

Neste ponto, ainda é necessário um processo para transmitir características elétricas ao semicondutor. Os semicondutores possuem propriedades de condutor e isolante, e a implantação iônica é o processo de transformar essencialmente pastilhas de silício em semicondutores. O silício puro é um isolante e não conduz eletricidade, mas a adição de impurezas confere condutividade, permitindo-lhe transportar correntes elétricas.

Essas impurezas são conhecidas como íons. Esses íons são convertidos em minúsculas partículas semelhantes a gás e então implantados na parte frontal do wafer até a profundidade desejada. As impurezas utilizadas provêm do 15º grupo (P, fósforo; As, arsênico) ou do 13º grupo (B, boro) da tabela periódica. A implantação de elementos do 15º grupo resulta em um semicondutor tipo n (tipo elétron), enquanto a implantação de elementos do 13º grupo resulta em um semicondutor tipo p (tipo furo).

O processo de deposição é crucial porque a espessura e a uniformidade dos filmes depositados determinam a qualidade do semicondutor. A espessura das futuras estruturas de circuitos semicondutores será milhões de vezes mais fina que um fio de cabelo humano. Para que esses circuitos tenham propriedades elétricas, são necessárias técnicas de deposição mais avançadas para gerar filmes finos mais finos e uniformes.

No próximo artigo conheceremos as interconexões metálicas, que visam conectar os elementos gerados pelos processos de oxidação, fotolitografia, ataque químico e deposição e formar circuitos.