لفور سلاملفور دوست داشتنی و زیبا

فناوری ساخت مدارهای مجتمع- قسمت دوم

فناوری ساخت مدارهای مجتمع- قسمت دوم

مقدمه
در مقاله‌ی قبل آموختیم که فرآیند ساخت مدار مجتمع را می‌توان در چهار گام خلاصه کرد. گام اول را که عبارت است از پردازش ویفر برای تولید یک زیر بنای مناسب، در مقاله‌ی قبل به اختصار توضیح دادیم. درادامه، به گام دوم که لیتوگرافی نوری است می‌پردازیم. لیتوگرافی نوری1 یا به اختصار لیتوگرافی،‌ فرآیندی شبیه عکاسی است. در این فرآیند، نور یا پرتوهای الکترومغناطیس دیگر نظیر پرتوری فرابنفش (UV) با عبور از یک الگو یا ماسک به سطح ویفری که درگام قبل تهیه شده، برخورد می‌کند، و بدین ترتیب الگویی را که بر روی ماسک طراحی شده به سطح ویفر منتقل می‌کند. در این مقاله با جزئیات فرآیند لیتوگرافی نوری بیش‌تر آشنا می‌شویم.

گام دوم: لیتوگرافی نوری

لیتوگرافی نوری اولین قدم درانتقال اطلاعات مربوط به الگوی مدار بر روی ویفر است. همان‌طور که در نمای بالایی در شکل (1)‌ می‌بینید،‌ ترانزیستور شامل چند ضلعی‌هایی است که نمایان‌گر لایه‌های مختلف هستند نظیر چاهn، نواحی سورس و درین، پلی‌زسیلیکون، اتصالات و لایه‌های فلزی.




شکل 1. نمای یک بالایی و کناری یک ترانزیستور NMOS و یک ترانزیستور PMOS

برای ساخت، ترانزیستورها را به این لایه‌های مختلف تجزیه می‌کنیم. برای مثال چینش شکل (1)‌ را می‌توان به صورت 5 لایه‌ی مختلف که در شکل (2)‌ نشان داده شده است در نظر گرفت. هر کدام از آن‌ها باید با دقت بسیار بالا روی ویفر ایجاد شوند.

در شکل (2) منظور از ناحیه‌یn-، ناحیه‌ای است که ترانزیستور PMOS قرار است روی آن ساخته شود. هم‌چنین، منظور از ناحیه‌ی فعال،‌ نواحی سورس و درین و سوراخ‌های n+ وP+ هستند.




شکل 2. 5 لایه‌ی مختلف ترانزیستورهای شکل(1)

برای این‌که دریابیم چگونه یک لایه از چینش به ویفر منتقل می‌شود،‌ الگوی چاه n در شکل 2- الف را به عنوان مثال در نظر بگیرید. این الگو ابتدا بر روی یک ماسک شیشه‌ای شفاف به وسیله‌ی یک پرتوی الکترونی که دقیقاً کنترل شده است،‌ نوشته می‌شود. (شکل 3- الف را ببینید.)
همین‌طور مطابق شکل 3- ب، قبل از انتقال الگو از شیشه یه سطح ویفر، سطح ویفر نیز با یک لایه‌ی نازک از ماده‌ای به نام فوتورزیست پوشانده می‌شود. فوتورزیست2 ماده‌ای است که میزان حلالیت آن با تابش نور تغییر می‌کند (یعنی با تابش نور نرم یا سخت می‌شود). بعد از آن، ماسک بالای ویفر قرار می‌گیرد و الگو با تابش پرتوی فرابنفش روی ویفر منتقل می‌شود. (شکل 3- ج را ببینید) فوتورزیست در نواحی‌ای که تحت تابش پرتوی فرابنفش قرار گرفته سِفت شده در زیر مستطیل سیاه نرم باقی می‌ماند (یعنی ناحیه‌ی مستطیلی روی شیشه چون تحت تاثیر نور قرار نمی‌گیرد بر روی ویفر ایجاد می‌شود). سپس ویفر در یک زُداینده قرار می‌گیرد که نواحی نرم فوتورزیست را حل می‌کند و سطح سیلیکون را بدون پوشش می‌سازد. حال می‌توان یک چاه n- را در این ناحیه درست کرد (دقت کنید ما هنوز چاه n را درست نکرده‌ایم، بلکه جای آن را آماده کرده‌ایم. در مقالات بعدی نحوه‌ی درست کردن چاه n را بیان خواهیم کرد). به مجموعه‌ی این فرایندها، زنجیره‌ی لیتوگرافی نوری می‌گوییم.




شکل (3)

به طور خلاصه، زنجیره‌ی مربوط به لیتوگرافی در هر لایه شامل یک ماسک و سه مرحله پردازش است که عبارت است از:

1. پوشاندن ویفر با فوتورزیست
2. تنظیم ماسک روی ویفر و تابش نور
3. زُدودن فوتورزیست ظاهر شده

بنابراین، مثال شکل (2) ‌حداقل به 5 ماسک و در نتیجه 15 زنجیره‌ی لیتوگرافی نیاز دارد. باید خاطر نشان کرد که دو نوع فوتورزیست در فرآیند لیتوگرافی به کار می‌رود: فوتورزیست منفی3 در نواحی که نور به آن تابیده می‌شود،‌ سفت می‌شود. در حالی که فوتورزیست مثبت 4 در نواحی که نور به آن نخورده، سفت می‌شود. همان‌طور که بعدتر خواهیم دید، در فرآیند ساخت مدارهای مجتمع از هر دو نوع فوتورزیست استفاده می‌شود.
تعداد ماسک‌های یک فرآیند تاثیر چشم‌گیری بر هزینه‌ی کلی ساخت دارد، که در نهایت بر قیمت تراشه هم تاثیر می‌گذارد. دو دلیل بر این امر وجود دارد: هر ماسک چند هزار دلار قیمت دارد و به دلیل دقت لازم،‌ لیتوگرافی فرآیند کُند و گرانی است. در حقیقت فناوری CMOS به دلیل تعداد نسبتا پایین ماسک‌ها،‌ در حدود 7، در ابتدا مورد توجه واقع شد. اگر چه در فرآیندهای جدید CMOS این تعداد به 25 می‌رسد و کل هزینه‌ی ماسک‌ها بالاتر از 200 هزار دلار است،‌ قیمت هر IC باز هم پایین است. زیرا هم تعداد ترانزیستورها بر واحد سطح و هم اندازه‌ی ویفر به طور پیوسته افزایش یافته است.
فرآیند لیتوگرافی نوری مشابه فرآیندی است که در عکاسی بر روی فیلم عکاسی اتفاق می‌افتد. برای آن که با لیتوگرافی نوری بیش‌تر آشنا شوید، آزمایش ساده‌ی زیر را انجام دهید.


یک آزمایش ساده:

مواد و وسایل مورد نیاز

یک کاغذ سفید A4 یا یک قطعه پارچه‌ی سفید تقریبا در همین ابعاد، یک بخاری روشن، مقداری فویل آلومینیومی، یک عدد قیچی.

شرح آزمایش
ابتدا شعله‌ی بخاری را کم کنید، سپس کاغذ سفید یا پارچه‌ی سفید را بر روی بخاری قرار دهید. به گونه‌ای که شیارهای روی بخاری را بپوشاند. مراقب باشید که کاغذ یا پارچه آتش نگیرد. پس از حدود یک دقیقه کاغذ را بردارید و با دقت نگاه کنید. مشاهده می‌شود که تصویر شیارهای بخاری بر روی کاغذ منتقل شده است. اگر بخواهید،‌ می‌توانید تصاویر دلخواه خود را با استفاده از قیچی بر روی فویل آلومینیومی ببرید. سپس این تصاویر را با همین روش بر روی صفحه‌ی کاغذی منتقل کنید.

پرسش‌های آزمایش
1. مراحل این آزمایش را با روش لیتوگرافی نوری مقایسه کنید.
2. یک آزمایش ساده‌ی دیگر طراحی کنید که روش لیتوگرافی نوری را تشریح کند. این آزمایش را انجام دهید.

پس از انجام مرحله‌ی لیتوگرافی، قرص سیلیسیومی آماده‌ی انجام گام‌های بعدی است. گام‌های اکسیداسیون، کاشت یونی، ‌لایه‌نشانی و زُدایش مواد زائد را در مقاله‌ی بعدی دنبال کنید.

منبع:http://edu.nano.ir