Chip bán dẫn bao gồm nhiều lớp vi mô nhỏ hơn móng tay và mỏng hơn giấy. Chất bán dẫn được xếp chồng lên nhau cao và dày đặc, tạo thành những cấu trúc phức tạp tương tự như những tòa nhà cao tầng.

Để tạo ra các cấu trúc như vậy, các bước sau cần được lặp lại nhiều lần: in thạch bản - phủ lên trên tấm wafer silicon đơn tinh thể (nguyên liệu thô cho chất bán dẫn) bằng một màng mỏng và các mạch tạo khuôn, khắc - loại bỏ có chọn lọc các vật liệu không cần thiết, và sau đó làm sạch các tạp chất bề mặt.

Sau quá trình khắc và làm sạch, màng mỏng có chức năng tách, kết nối và bảo vệ các mạch điện. Tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu quy trình lắng đọng để sản xuất màng mỏng và quy trình cấy ion để truyền các đặc tính điện bán dẫn.

Quá trình lắng đọng: phủ màng mỏng lên wafer

Thuật ngữ "màng mỏng" dùng để chỉ màng có kích thước 1 micron (μm) hoặc mỏng hơn, độ dày không thể đạt được thông qua xử lý cơ học đơn giản. Sự lắng đọng là một chuỗi các quá trình liên quan đến việc phủ lên tấm wafer những màng mỏng ở cấp độ phân tử hoặc nguyên tử mong muốn. Do tính chất cực kỳ mỏng của màng nên cần có các kỹ thuật chính xác để áp dụng đồng đều các màng lên tấm bán dẫn.

Sự lắng đọng nói chung có thể được chia thành hai loại. Hai loại này là lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học (CVD).

Lắng đọng hơi vật lý chủ yếu được sử dụng để lắng đọng màng kim loại mà không liên quan đến phản ứng hóa học. Mặt khác, lắng đọng hơi hóa học liên quan đến việc áp dụng năng lượng bên ngoài vào hơi hạt được hình thành bởi các phản ứng hóa học ở dạng khí và hơi được phun lên bề mặt để lắng đọng. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để lắng đọng các màng mỏng lên chất dẫn điện, chất cách điện và chất bán dẫn.

Lắng đọng hơi hóa học là phương pháp lắng đọng được sử dụng rộng rãi nhất trong các quy trình bán dẫn hiện nay. Nó còn có thể được phân loại thành CVD nhiệt, CVD huyết tương và CVD do ảnh tạo ra, tùy thuộc vào nguồn năng lượng bên ngoài được sử dụng. Trong số này, Plasma CVD là ứng dụng phổ biến nhất vì nó có thể tạo màng ở nhiệt độ thấp, kiểm soát độ đồng đều của độ dày màng và xử lý khối lượng lớn.

Màng mỏng được hình thành thông qua quá trình lắng đọng bao gồm hai lớp: lớp kim loại (dẫn điện) để kết nối tín hiệu điện giữa các mạch và lớp cách điện để cách ly điện giữa các lớp liên kết bên trong hoặc ngăn chặn các chất gây ô nhiễm xâm nhập.

Cấy ion: biến đổi tấm bán dẫn thành chất bán dẫn.

Tại thời điểm này, vẫn cần một quy trình để truyền các đặc tính điện cho chất bán dẫn. Chất bán dẫn sở hữu cả đặc tính dẫn điện và chất cách điện, và cấy ion là quá trình biến đổi cơ bản các tấm silicon thành chất bán dẫn. Silicon nguyên chất là chất cách điện và không dẫn điện, nhưng việc bổ sung tạp chất sẽ tạo ra tính dẫn điện, cho phép nó mang dòng điện.

Những tạp chất này được gọi là các ion. Các ion này được chuyển đổi thành các hạt giống khí nhỏ và sau đó được cấy vào mặt trước của tấm bán dẫn đến độ sâu mong muốn. Các tạp chất được sử dụng đến từ nhóm thứ 15 (P, phốt pho; As, asen) hoặc nhóm thứ 13 (B, boron) của bảng tuần hoàn. Việc cấy ghép các phần tử từ nhóm thứ 15 sẽ tạo ra chất bán dẫn loại n (loại điện tử), trong khi việc cấy ghép các phần tử từ nhóm thứ 13 sẽ tạo ra chất bán dẫn loại p (loại lỗ trống).

Quá trình lắng đọng rất quan trọng vì độ dày và tính đồng nhất của màng lắng đọng quyết định chất lượng của chất bán dẫn. Độ dày của cấu trúc mạch bán dẫn trong tương lai sẽ mỏng hơn hàng triệu lần so với sợi tóc người. Để các mạch này có các đặc tính điện, cần có các kỹ thuật lắng đọng tiên tiến hơn để tạo ra các màng mỏng mỏng hơn và đồng đều hơn.

Trong bài viết tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về các liên kết kim loại, nhằm mục đích kết nối các phần tử được tạo ra thông qua quá trình oxy hóa, quang khắc, khắc và lắng đọng cũng như tạo thành các mạch điện.