Ojiji nke Metals n'ime Mmepụta Ngwaọrụ Semiconductor
Ngwaọrụ Semiconductor—dị ka transistors, diode, sensọ, sekit integrated (ICs), na processors—bụ isi ihe dị mkpa na teknụzụ ọgbara ọhụrụ. N'azụ arụmọrụ dị elu ha na nha ha dị obere, dị mgbagwoju anya, na nke dabere na ihe onwunwe. Otu ìgwè ihe ndị ọrụ ha na-enweghị ike ịgbanwe bụ ígwè. A na-eji ígwè eme ihe ọ bụghị naanị dị ka "waya" na-eduzi eletriki kamakwa dị ka kọntaktị eletriki, ihe mgbochi mgbasa ozi, ihe ndị na-ejikọ n'etiti ihe, na ihe ndị na-arụ ọrụ na lithography na usoro nkwakọ ngwaahịa. Isiokwu a na-atụle otu esi eji ígwè eme ihe na mmepụta ngwaọrụ semiconductor, ụdị ọla ndị a na-ejikarị eme ihe, na ihe ịma aka na ntụziaka nke mmepe ha.
1. Ọrụ nke ọla na ngwaọrụ semiconductor
N'ozuzu, ọla dị na ngwaọrụ semiconductor nwere ọtụtụ ọrụ bụ isi:
1. Njikọta (wiring): Ijikọta transistors na ihe ndị ọzọ dị na chip site na ụzọ ígwè dị oke oke ma dị ọtụtụ (njikọ ọtụtụ oyi akwa).
2. Njikọ Ohmic na kọntaktị Schottky: Mepụta njikọ eletriki n'etiti ígwè na semiconductor. Njikọ Ohmic na-ekwe ka ọkụ na-asọ n'akụkụ abụọ ahụ na-enweghị ike iguzogide, ebe kọntaktị Schottky na-emepụta diode nwere njirimara ndozi.
3. Ihe mgbochi na ihe ndọda: Na-egbochi mgbasa nke atọm ígwè n'ime ihe semiconductor ma ọ bụ ihe dielectric, ma na-enyere ígwè ahụ aka ịrapara nke ọma na oyi akwa dị n'okpuru.
4. Elektrọd ọnụ ụzọ ámá na transistor: N'ụfọdụ teknụzụ, a na-eji ígwè emepụta elektrọd ọnụ ụzọ ámá na MOSFET maka njikwa ọwa ka mma na mbelata iguzogide.
5. Ihe ndị dị n'usoro mmepụta ihe: A na-eji ígwè na ihe ndị dị n'ime ígwè eme ihe dị ka ihe mkpuchi siri ike, akwa na-egosipụta ihe, ma ọ bụ ihe ndị dị na kemịkalụ maka itinye ihe na ịcha ihe.
6. Ngwugwu na njikọ nke chip: A na-eji ihe na-agbaze, waya njikọ, ihe na-agbawa agbawa, na ihe dị iche iche ejiri ígwè mee iji jikọọ chip ahụ na bọọdụ sekit ma chebe ngwaọrụ ahụ pụọ na gburugburu ebe obibi.
N'ikwu ya n'ụzọ ọzọ, arụmọrụ nke ibe ọgbara ọhụrụ abụghị naanị site na silicon ma ọ bụ ihe ndị ọzọ na-emepụta semiconductor, kamakwa site n'otú esi ahọrọ ma jikọta ọla ndị ahụ.
2. Ígwè maka njikọ: site na aluminom ruo ọla kọpa na cobalt
N'ọgbọ mbụ nke ICs, aluminom (Al) bụ nhọrọ mbụ maka njikọ n'ihi na ọ dị mfe itinye, dị ọnụ ala, ma dakọtara na usoro mmepụta nke oge ahụ. Agbanyeghị, ka njupụta transistor na-abawanye ma ihe achọrọ ugbu a na-abawanye, nsogbu dị ka mbugharị eletrọnịkị - mmegharị nke atọm ígwè n'ihi nnukwu mmiri eletrọn - kpatara mmebi ụzọ na mbelata ntụkwasị obi.
Ụlọ ọrụ ahụ wee gbanwee gaa na ọla kọpa (Cu) n'ihi na ọ nwere obere iguzogide karịa aluminom, na-ebelata mfu ike ma na-amụba ọsọ mgbaàmà. Agbanyeghị, ọla kọpa na-eweta ihe ịma aka: Cu na-agbasa ngwa ngwa gaa na dielectrics (dịka ọmụmaatụ, SiO₂ ma ọ bụ dielectrics dị ala-k) ma nwee ike imebi ihe onwunwe eletriki. Ya mere, a na-eji Cu eme ihe fọrọ nke nta ka ọ bụrụ mgbe niile na ihe mgbochi dịka tantalum (Ta) ma ọ bụ tantalum nitride (TaN).
N'ime teknụzụ ndị dị obere karị (n'ime oghere ndị dị elu), njikọ nke akụkụ ahụ na-ebelata, na-eme ka iguzogide dịkwuo elu, mmetụta ókèala (ịgbasa elu) na-aghọkwa nke kachasị. Maka ụfọdụ akwa, ojiji nke cobalt (Co) ma ọ bụ ruthenium (Ru) dị ka ihe ọzọ/mmeju na Cu amalitela ịpụta ìhè n'ihi na ọ nwere ike inye arụmọrụ kwụsiri ike na obere nha ma belata mkpa maka ihe mgbochi dị arọ.
3. Njikọta ígwè-semiconductor: ohmic na Schottky
Mmekọrịta dị n'etiti ígwè na semiconductor bụ otu n'ime ihe ndị kacha dị mkpa. Ọ bụrụ na kọntaktị ahụ siri ike nke ukwuu, transistor ahụ na-ekpo oke ọkụ ngwa ngwa ma na-efunahụ arụmọrụ. Na ngwaọrụ CMOS nke oge a, e mere kọntaktị isi iyi/ndọpụ mmiri na plọg kọntaktị ka ha nwee ike iguzogide ihe kacha ala.
Ụfọdụ ọla na ihe ndị a na-ejikarị eme ihe maka kọntaktị gụnyere:
– Titanium (Ti): a na-ejikarị ya eme ihe dị ka ihe na-arapara ma na-emeghachi omume iji mepụta silicide.
– Nickel (Ni) na cobalt (Co): a na-ahụkarị na usoro silication (dịka ọmụmaatụ NiSi, CoSi₂) iji belata iguzogide kọntaktị na silicon.
– Tungsten (W): a na-ejikarị ya eme ihe dị ka "plọg" iji mejupụta oghere kọntaktị (kọntaktị/site na mejupụta) n'ihi na ọ kwụsiri ike ma dabara adaba maka itinye CVD (nkwụnye anwụrụ kemịkalụ).
– Platinum (Pt) ma ọ bụ palladium (Pd): enwere ike iji ya mepụta kọntaktị Schottky ma ọ bụ maka ụfọdụ ngwa ndị chọrọ nkwụsi ike kemịkal dị elu.
N'ime ngwaọrụ ndị e ji semiconductor ndị ọzọ eme, ewezuga silicon—dị ka GaN (gallium nitride) ma ọ bụ SiC (silicon carbide)—nhọrọ nke ígwè kọntaktị na-aghọ ihe dị mkpa n'ihi ọdịiche dị na nhazi ike, ihe achọrọ n'okpomọkụ dị elu, na gburugburu ọrụ dị oke njọ (dịka ọmụmaatụ, eletrọniki ike).
4. Ihe mgbochi, ihe mkpuchi, na ihe mkpuchi njikọta
Ebe ọ bụ na ibe nke oge a pere mpe nke ukwuu, atọm ígwè nwere ike ịgbasa ma mee ka mmiri gbapụta, obere mkpụmkpụ, ma ọ bụ mgbanwe na paramita transistor. Ya mere, a na-eji akwa dị gịrịgịrị, nke na-arụ ọrụ ndị a:
– Ihe mgbochi mgbasa ozi: na-egbochi mgbasa nke Cu ma ọ bụ ọla ndị ọzọ.
– Liner: na-enyere aka ijupụta ihe ndị dị warara (trench/via) n'otu aka ahụ.
– Ihe mkpuchi nrapado: na-eme ka nrapado dịkwuo elu.
Ihe ndị a na-ahụkarị gụnyere Ta/TaN, Ti/TiN, W, na nyocha ọhụrụ, ihe mgbochi Ru, Mn, ma ọ bụ akwa dị gịrịgịrị nke dabere na ihe 2D dị ka ihe mgbochi mgbasa. Ka nodes na-aga n'ihu, ihe ịma aka bụ ime ka ihe mgbochi ahụ dị gịrịgịrị dịka o kwere mee ma ka dị irè, dị ka ihe mgbochi nke dị oke oke "na-eri" oghere ụzọ ma na-eme ka iguzogide dịkwuo elu.
5. Ọdịdị ígwè na transistor: ọnụ ụzọ ígwè na elu-k
Na transistors MOSFET nke oge a, ọkachasị kemgbe e webatara ọnụ ụzọ ámá dị elu-k/metal, ígwè arụọla ọrụ dị ukwuu ọzọ n'usoro ọnụ ụzọ ámá. Na mbụ, a na-ejikarị ọnụ ụzọ ámá polysilicon eme ihe, mana ha na-eche nsogbu dị ka mmetụta mbelata na ndakọrịta na dielectrics dị elu-k. Site na ọnụ ụzọ ámá ígwè, a na-emeziwanye njikwa electrostatic ma nwee ike igbochi ntapu.
Ihe ndị e ji mee ihe dị iche iche, dịka titanium nitride (TiN), tantalum nitride, ma ọ bụ ngwakọta nke ọla ndị e mere iji nweta ọrụ kwesịrị ekwesị (ka voltaji njedebe wee ruo na imewe). N'ebe a, ígwè ahụ abụghị naanị ihe nduzi; njirimara eletrọniki dị n'elu ya na-ekpebi omume transistor ahụ.
6. Ojiji nke ígwè n'ime usoro ntinye na nhazi ihe osise
Mmepụta chip gụnyere itinye obere akwa ígwè site na usoro dị iche iche, gụnyere:
– PVD (Ntinye Uzuoku Ahụ): dị ka ịgbasa mmiri, nke a na-ahụkarị maka Al, Ti, Ta, na ndị ọzọ.
– CVD (Ntinye Mmiri Kemịkal): a na-ejikarị ya eme ihe maka plọg W (tungsten) na ụfọdụ akwa ígwè.
– ALD (Ntinye Atọm): dị oke mkpa maka akwa dị gịrịgịrị na nke na-agbanwe agbanwe na nhazi 3D, dịka ọmụmaatụ ihe mgbochi/ihe mkpuchi, ọnụ ụzọ ígwè, na ụfọdụ ihe kọntaktị.
Mgbe e tinyere ya n'ime ihe, a ga-eji lithography na etching ma ọ bụ usoro damascene (karịsịa maka Cu) hazie ígwè ahụ, nke gụnyere ịmepụta olulu na dielectric, jupụta ha na ígwè, wee jiri Chemical Mechanical Planarization (CMP) mee ka ha dị ọcha. Usoro a chọrọ slurry na kemistri kwesịrị ekwesị iji mepụta elu dị larịị na-emebighị oyi akwa dị n'okpuru ya.
7. Ígwè dị na ngwugwu: ihe e ji agbaze ihe, ihe e ji agbaze ihe, na ihe e ji agbaze ihe na waya
Ozugbo e mechara wafer ahụ, a na-egbutu chip ahụ (bee ya iberibe) ma kechie ya. N'oge a, ígwè bụkwa ihe kacha mkpa:
– Njikọ waya na-eji waya ọlaedo (Au), aluminom (Al), ma ọ bụ ọla kọpa (Cu) eme ihe.
– Ịkụ ọkpọ na ịgbagharị agbagharị na-eji ogidi/mkpọ na ihe e ji agbakọta ígwè eme ihe maka njikọ ọsọ ọsọ na nnukwu ọnụọgụ ntụtụ.
– A na-ejikarị ihe ndị e ji agbaze ihe ọgbara ọhụrụ nke tin (Sn) dabere na alloys (dịka ọmụmaatụ Sn-Ag-Cu) iji dochie ihe ndị e ji agbaze ihe ndu (Pb) maka ihe gbasara gburugburu ebe obibi.
Nkwakọ ngwaahịa dị elu dịka chiplets, njikọta 2.5D/3D, na TSV (site na silicon via) na-eme ka mkpa maka ihe ígwè a pụrụ ịtụkwasị obi dị elu, ka njupụta njikọ na mwepu okpomọkụ na-abawanye.
8. Ihe ịma aka ndị dị mkpa: mbugharị eletrọniki, mmebi, na iguzogide nanoscale
Ka akụkụ ndị ahụ na-adị obere, iji ígwè eme ihe na-eche nnukwu nsogbu ihu, gụnyere:
– Njem eletrọniki: enwere ike imebi ụzọ ígwè site na nnukwu mmiri ozuzo na obere akụkụ.
– Mmegide dị irè nke ukwuu: na nanoscale, elektrọn na-adakọkarị na ókèala na elu ọka, na-eme ka iguzogide dịkwuo elu.
– Ndakọrịta nke ire ere na kemịkalụ: ọkachasị n'ọkwa mmepụta nke gụnyere ọtụtụ kemịkalụ na oke okpomọkụ.
– Ihe mgbochi: ihe mgbochi ga-adị obere ma ka na-eguzogide mgbasa, nke siri ike n'ụzọ teknụzụ.
Ya mere, nnyocha banyere ihe ígwè maka semiconductors na-aga n'ihu na-emepe emepe, gụnyere inyocha Co, Ru, Mo, yana ụzọ ọhụrụ dịka njikọ ndị ọzọ dabere na ihe na usoro ntinye atọm.
9. Ntuziaka maka ojiji ígwè n'ọdịnihu
Usoro ndị ga-eme n'ọdịnihu n'ụlọ ọrụ semiconductor na-akwalite ojiji nke ọtụtụ ọla "e mebere" na ọkwa atọm. Nọdụ dị elu na usoro nhazi 3D (FinFET, GAA nanosheet, na ndị ọzọ) chọrọ akwa ígwè dị otu, nke dị gịrịgịrị nke ukwuu nwere njikọ dị ọcha. Ọzọkwa, mkpa maka arụmọrụ ike na ọsọ na-emekwa ka nhọrọ nke ọla maka njikọ na kọntaktị bụrụ ihe dị mkpa.
N'akụkụ nkwakọ ngwaahịa, ihe achọrọ maka oke bandwidth na njikọta dị iche iche na-akwalite ihe ọhụrụ na ihe ndị na-ejikọ solder, bump, na metal. Metal abụghị naanị ihe na-akwado ya, kama ọ bụ akụkụ dị mkpa nke nhazi sistemụ, arụmọrụ, na ntụkwasị obi.
Mmechi
Ọla na-arụ ọrụ dị mkpa n'ịmepụta ngwaọrụ semiconductor: dịka njikọ, kọntaktị, ihe mgbochi, ọnụ ụzọ ígwè, na isi ihe dị na nkwakọ ngwaahịa. A na-ekpebi nhọrọ ígwè ọ bụghị naanị site na njikwa, kamakwa site na mgbasa, njikọta, nkwụsi ike okpomọkụ, ndakọrịta usoro, na ntụkwasị obi ogologo oge. Ka obere na mgbagwoju anya na-abawanye, ihe ịma aka dịka mbugharị eletrọniki na iguzogide nanoscale na-amanye ụlọ ọrụ ahụ ịmepụta ihe na usoro ọhụrụ. Ya mere, ịghọta ojiji nke ọla na semiconductor dị oke mkpa ọ bụghị naanị maka ihe na ndị injinia usoro, kamakwa maka onye ọ bụla na-achọ ịghọta otu teknụzụ chip nke oge a ga-esi nọgide na-agbanwe.
