برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۴/۰۲ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۸

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۴۵۰
  • بازدید این ماه ۱
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

امتیاز کاربران

ساخت مدارهای مجتمع2

همان طور که در بخش قبل گفته شد برای ساخت مدارهای مجتمع در گام اول به آماده‌سازی و پردازش ویفر می‌پردازیم و سپس در گام دوم، ویفر سیلیسیومی را با استفاده از فرآیندی به نام لیتوگرافی نوری به محدوده‌های موردنظر برای ساخت مدار مجتمع تقسیم می‌کنیم. در واقع، لیتوگرافی روشی است که ما با استفاده از آن لایه‌های مختلف یک مدار مجتمع را می‌سازیم. پس از لیتوگرافی مراحل اکسیداسیون، کاشت یونی، لایه‌نشانی و زُدایش نیز برای ساخت مدار مجتمع انجام می‌شود.
مقدمه
همان طور که در بخش قبل گفته شد برای ساخت مدارهای مجتمع در گام اول به آماده‌سازی و پردازش ویفر می‌پردازیم و سپس در گام دوم، ویفر سیلیسیومی را با استفاده از فرآیندی به نام لیتوگرافی نوری به محدوده‌های موردنظر برای ساخت مدار مجتمع تقسیم می‌کنیم. در واقع، لیتوگرافی روشی است که ما با استفاده از آن لایه‌های مختلف یک مدار مجتمع را می‌سازیم. پس از لیتوگرافی مراحل اکسیداسیون، کاشت یونی، لایه‌نشانی و زُدایش نیز برای ساخت مدار مجتمع انجام می‌شود.

گام سوم: اکسیداسیون
ویژگی منحصر به فرد سیلیکون آن است که به ما امکان می‌دهد تا یک لایه‌ی بسیار یکنواخت اکسید روی سطح آن ایجاد کنیم تا بتوان لایه‌های اکسید گیت را با ضخامت چند ده انگستروم (فقط چند لایه‌ی اتمی) با آن ساخت. این ویژگی سیلیکون به علت آن است که اکسید سیلیکون هنگامی که ساخته می‌شود دارای نقص بلوری کمی است. دی‌اکسیدسیلیکون علاوه بر آن که به صورت عایق گیت به کار می‌رود، می‌تواند به صورت پوشش محافظ در بسیاری از مراحل ساخت عمل کند. همچنین در قسمت‌های بین ترانزیستورها یک لایه‌ی ضخیم SiO2 که اکسیداسیون (FOX) نامیده می‌شود، رشد می‌دهند تا سیم‌های فلزی اتصال که در گام‌های بعدی ایجاد می‌کنند، روی آن ساخته شود.
دی‌اکسیدسیلیکون با قرار دادن سیلیکون بدون پوشش در یک محیط اکسید کننده مثل اکسیژن با دمایی در حدود 1000 درجه سانتیگراد رشد داده می‌شود. در واقع؛ قسمت‌هایی را که می‌خواهند از دی‌اکسیدسیلیکون پوشش دهند با استفاده از فرآیند لیتوگرافی، مشخص می‌کنند و سپس IC را در محیط اکسید کننده قرار می‌دهند. بدین ترتیب فقط قسمت‌هایی که با استفاده از لیتوگرافی فاقد پوشش هستند، اکسید می‌شوند.

گام چهارم: کاشت یونی
در بسیاری از مراحل ساخت، باید آلاینده‌ها (همان ناخالصی‌هایی که به دلیل تغییر خواص نیمه‌رسانا به آن اضافه می‌کنیم) به طور انتخابی وارد ویفر شوند. برای مثال، بعد از تکمیل زنجیره‌ لیتوگرافی در شکل (1)، چاه n با افزودن آلاینده به ناحیه‌ی بدون پوشش تشکیل می‌شود. به طور مشابه نواحی سورس و درین ترانزیستورها نیز نیاز به افزودن انتخابی آلاینده به ویفر دارند.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

شکل 1

رایج‌ترین روش افزودن آلاینده روش «کاشت یونی» است که به وسیله‌ی آن اتم‌های آلاینده به صورت یک پرتوی متمرکزِ پر انرژی شتاب داده می‌شود و به سطح ویفر برخورد کرده و در نواحی بدون پوشش نفوذ می‌کند. (شکل 2 را ببینید) میزان آلایش با شدت و طول عملیات کاشت معین می‌شود و عمق ناحیه‌ی آلاییده با انرژی پرتو تنظیم می‌شود.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل2

کاشت یونی باعث تخریب قابل ملاحظه‌ی شبکه‌بلوری سیلیکون می‌شود. به همین دلیل، ویفر بعد از این فرآیند باید به مدت 15 تا 30 دقیقه تا دمای تقریبی 1000 درجه سانتی‌گراد گرم شود تا اجازه دهد که پیوندهای شبکه دوباره شکل بگیرند. این عملیات، تابکاری نامیده می‌شود.
تابکاری ویفر یک بار و آن هم بعد از آن که همه‌ی نواحی کاشته شدند انجام می‌شود. یک پدیده‌ی جالب در کاشت یونی، کانال زدن است. همان طور که در شکل 3- الف نشان داده شده است، اگر جهت پرتوی کاشت با محور کریستال در یک جهت باشد، یون‌ها تا عمق بسیار زیادی در داخل ویفر نفوذ می‌کنند. برای همین منظور دستگاه تابنده‌ی پرتو (یا ویفر) را به اندازه‌ی 7 تا 9 درجه کج می‌کنند (شکل 3- ب را ببینید).

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل(3)

گام پنجم: لایه نشانی و زُدایش
همان طور که از ساختار ترانزیستورها و مدار مجتمع نتیجه می‌شود، ساخت مدار مجتمع نیاز به نشاندن مواد مختلفی نظیر پلی‌سیلیکون دارد. یک روش رایج برای تشکیل پلی‌سیلیکون روی لایه‌های ضخیم عایق، روش لایه‌نشانی با بخار شیمیایی (CVD) است، که در آن ویفرها در یک کوره شامل گازی که مواد مطلوب را از طریق واکنش شیمیایی ایجاد می‌کند، قرار می‌گیرند. در فرآیندهای جدید،CVD در فشار پایین انجام می‌شود تا یکنواختی بیش‌تری به دست آید.
زدایش مواد نیز یک گام حیاتی است. برای مثال پنجره‌های اتصال با ابعاد خیلی کوچک مثل 3/0 میکرومتر در 3/0 میکرومتر و عمق نسبتا زیاد مثل 2 میکرومتر باید با دقت بالایی زدوده شود. بسته به سرعت، دقت و قابلیت انتخاب لازم در مرحله‌ی زدایش و نوع ماده‌ای که باید زدوده شود، یکی از این روش‌ها را می‌توان به کار برد:
1- زدایشِ تر: یعنی ویفر در یک مایع شیمیایی قرار می‌گیرد. (دقت کمی دارد)
2- زدایش با پلاسما: که در آن ویفر با گاز پلاسما بمباران می‌شود. (دقت بالایی دارد)
3- زدایش با یون واکنش دهنده: که در آن یون‌های تولید شده در گاز، ویفر را بمباران می‌کنند.

فرآیندهای انتهایی
همین که ترانزیستورهای پایه ساخته شدند، ویفرها باید بعد از آن یک فرآیند انتهایی بگذرانند. زنجیره‌ای که عمدتا ارتباطات الکتریکی مختلف روی تراشه را از طریق سیم و اتصال فلزی برقرار می‌کند.
یکی از این فرآیندهای نهایی، ایجاد اتصال روی پلی‌سیلیکون و نواحی فعال (منظور سورس، درین و نواحی n+ و P+ است) می‌باشد. این کار ابتدا با پوشاندن ویفر با یک لایه‌ی نسبتا ضخیم (3/0 تا 5/0 میکرومتر) از اکسید و پس از آن اجرای زنجیره‌ی لیتوگرافی انجام می‌شود. سپس سوراخ‌های اتصال با زدایش پلاسما به وجود می‌آیند. (شکل 4-الف را ببینید) بعد از ایجاد پنجره‌های اتصال، اولین لایه از ارتباط فلزی که فلز 1 نامیده می‌شود روی کل ویفر نشانده می‌شود. لایه‌ی فلزی از جنس آلومینیوم یا مس است. یک رشته عملیات لیتوگرافی بعد از آن انجام می‌شود و لایه‌ی فلزی به طور انتخابی زدوده می‌شود. از آن جایی که تعداد ترانزیستورها در فناوری‌های جدید بسیار زیادتر شده، برای اتصالات میانی مدارات مجتمع بیش از یک لایه‌ی فلز لازم است. در واقع پیچیدگی اتصالات این قدر زیاد است که با یک لایه نمی‌توان اتصالات را انجام داد. در حال حاضر اتصالات میانی فلزی در هفت لایه انجام می‌شود. سطوح بالاتر اتصال فلزی نیز با استفاده از همین روند ساخته می‌شوند. برای هر لایه‌ی اضافی فلزی، دو ماسک لازم است. یکی برای سوراخ‌های اتصال و دیگری برای خود اتصالات فلزی.
آخرین مرحله در فرآیند انتهایی، پوشاندن ویفر با یک لایه‌ی شیشه یا غیر فعال است که سطح را از خطرات ناشی از حمل و نقل مکانیکی و برش مصون می‌دارد. بعد از یک رشته عملیات لیتوگرافی، شیشه فقط از قسمت‌هایی که روی پایه‌ی اتصال قرار دارد، باز شده و امکان اتصال با دنیای بیرون را فراهم می‌کند.


در فیلم زیر در رابطه با کوره های نفوذی و روش اکسیداسیون به صورت مختصر توضیحاتی ارائه شده است.



در در رابطه با زدایش با استفاده از پلاسما به صورت مختصر توضیحاتی ارائه شده است.



منابـــع و مراجــــع

کتاب مجموعه مقالات سایت باشگاه نانو