فناوری ساخت مدارهای مجتمع- قسمت اول
فناوری ساخت مدارهای مجتمع- قسمت اول
1- پردازش ویفر برای تولید یک زیربنا از نوع مناسب.
2- لیتوگرافی نوری برای تعریف دقیق هر ناحیه.
3- اکسیداسیون، لایه‌نشانی و کاشت یونی برای افزدون مواد لازم به ویفر.
4- زدایش جهت زدودن مواد زائد از ویفر.
مقدمه
در مقاله‌های 1 تا 6 نانوالکترونیک با مفاهیم اولیه و پایه‌ی نانوالکترونیک آشنا شدیم. از فیزیک حالت جامد با تاکید بر نیمه‌رسانا‌ها گفتیم. هم‌چنین، از ساختار ترانزیستور و چگونگی عملکرد آن مطالبی را بیان کردیم. در دو مقاله نیز همراه با بیان مثال، به اهمیت نقش ترانزیستور در مدارهای مجتمع پرداختیم. در مقاله‌ی هفتم با بیان قانون مور گفتیم که از زمان ساخت اولین ترانزیستور، دانشمندان فیزیک ِ الکترونیک به دنبال کوچک‌تر کردن ابعاد ترانزیستور، یا به بیان دیگر، زیادترکردن تعداد ترانزیستور در فضای ثابت بوده‌اند. همان‌طور که در آن مقاله بیان شد، نتیجه‌ی این امر افزایش سرعت پردازنده‌ها و نیز افزایش حجم حافظه‌ها است.
در پایان مقاله‌ی هفتم این پرسش مطرح شد که با وجود چنین مزایایی که در کوچک‌تر کردن ابعاد ترانزیستور است، چرا از ابتدا ترانزیستورها در ابعاد بسیار کوچک تولید نشد؟ یعنی چرا به تدریج به سمت فناوری‌های کوچک‌تر حرکت میکنیم؟ در پاسخ به این پرسش بیان کردیم که حرکت به سمت فناوری‌های کوچک‌مقیاس نظیر فناوری نانو محدودیت‌هایی دارد. برای این که با محدودیت‌های ساخت ترانزیستورها در مقیاس نانو بیش‌تر آشنا شویم، ابتدا باید با فناوری ساخت ترانزیستورها در مدارهای مجتمع آشنا شویم. در این مقاله و چند مقاله‌ی بعد راجع به فناوری ساخت مدارهای مجتمع سخن خواهیم گفت.
نواع وسایل الکترونیکی نظیر تلویزیون، یخچال،کنترل از راه دور خودروها،گوشی تلفن همراه، مایکروویو، پخش‌کننده‌های فیلم و موسیقی و ... وجود دارد، همگی نمونه‌هایی از مدار مجتمع یا به اختصار 1IC است.
از آن جایی که در این مقاله قرار است راجع به فناوری ساخت ترانزیستورهای NMOS و 2PMOS صحبت کنیم، پیشنهاد می‌کنم چنانچه ساختار این ترانزیستورها را فراموش کرده‌اید، مقاله‌های سوم و چهارم نانوالکترونیک را مرور کنید. مدارهای الکترونیکی را که از ترانزیستورهای NMOS و PMOS به صورت مکمل استفاده می‌کنند، مدارهای CMOS می‌‌گوییم. امروزه اغلب مدارهای الکترونیک مجتمع با فناوری 3CMOS ساخته می‌شوند.
ملاحظات کلی فرآیند ساخت:
قبل از آن که به صورت جزئی و دقیق، فرآیند ساخت مدارهای مجتمع را بررسی کنیم، خوب است که ساختمان ساده‌ی ترانزیستورهای NMOS و PMOS را در نظر بگیریم و گام‌های لازم برای ساخت را پیش‌بینی کنیم. در شکل (1) نمای کناری و بالایی یک ترانزیستور NMOS و یک ترانزیستور PMOS نشان داده شده است.
قبل از آن که به صورت جزئی و دقیق، فرآیند ساخت مدارهای مجتمع را بررسی کنیم، خوب است که ساختمان ساده‌ی ترانزیستورهای NMOS و PMOS را در نظر بگیریم و گام‌های لازم برای ساخت را پیش‌بینی کنیم. در شکل (1) نمای کناری و بالایی یک ترانزیستور NMOS و یک ترانزیستور PMOS نشان داده شده است
شکل(1) نمای بالایی و کناری یک ترانزیستور NMOS و یک ترانزیستور PMOS
فناوری‌های پیشرفته‌ی ساخت CMOS دارای بیش از 200 مرحله است، اما برای منظور ما، می‌توانیم نگاهی به زنجیره‌ی ترکیبی از عملیات زیر بیندازیم:
1. پردازش ویفر برای تولید یک زیربنا از نوع مناسب. ویفر همان ماده‌ی آغازین فرآیند ساخت است. همان زیربنایی که همه‌ی ترانزیستورها بر روی آن ساخته می‌شوند. جنس ویفر از عنصر سیلیسیوم به همراه مقداری ناخالصی است.
2. لیتوگرافی نوری برای تعریف دقیق هر ناحیه.
3. اکسیداسیون، لایه‌نشانی و کاشت یونی برای افزدون مواد لازم به ویفر.
4. زدایش جهت زدودن مواد زائد از ویفر.
بسیاری از این گام‌ها نیاز به عملیات حرارتی دارند. یعنی ویفر باید یک چرخه‌ی حرارتی را در یک کوره بگذراند.
گام اول: پردازش ویفر
در فناوری CMOS، ویفر اولیه باید با کیفیت بسیار بالایی تولید شود. به این منظور، سیلیسیوم یا همان سیلیکون، به صورت جامد بلورین رشد داده میشود. بلور باید به گونه‌ای رشد یابد که دارای کمترین نقص بلوری باشد و نیز از درجه‌ی خلوص بسیار بالایی نیز برخوردار باشد. یعنی اتم‌های ناخالصی در آن بسیار کم باشد. (برای آشنایی با مفهوم نقص بلوری، مقاله‌ای با همین نام بر روی سایت وجود دارد که می‌توانید به آن مراجعه کنید.)
جامدات بلورین دسته‌ای از جامدات هستند که در آنها اتم‌ها یا مولکول به صورت شبکه‌های منظم و تکراری در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.
شکل 2. سمت راست: سیلیکون نوع p و سمت چپ: سیلیکون نوعn
پس از ساخت ویفر باید به آن ناخالصی موردنظر با مقدار و نوع مناسب اضافه شود تا زیربنای P- با ویژگی‌های موردنظر تولید شود (شکل 2). برای ساخت ویفر با چنین وی‍ژگی‌هایی از روشی که به روش چوکرالسکی موسوم است، استفاده میشود. در این روش، یک دانه‌ی بلور در سیلیکون مذاب رو برده میشود و سپس به تدریج در حالی که می‌چرخد بیرون کشیده میشود. در نتیجه‌ی این عملیات، شمش بزرگ استوانه‌ای و بلوری از سیلیکون درست میشود که می‌توان آن را به قرص‌های نازک سیلیکون برش داد. قطر ویفر سیلیکون بین 10 تا 30 سانتی‌متر و طول آن 1 متر است و رنگ آن نیز خاکستری فولادی است.
پس از برش، ضخامت هر قرص سیلیکون بین 400 میکرومتر تا 600 میکرومتر میشود. سپس ویفرها ساییده و به صورت شیمیایی پاک می‌شوند تا بدین ترتیب خرابی‌های سطحی که در هنگام برش به وجود آمده بر طرف شود. اکنون ویفر برای انجام مراحل بعدی آماده است.
منبع:http://edu.nano.ir
