Tšebeliso ea Litšepe Tlhahisong ea Lisebelisoa tsa Semiconductor
Disebediswa tsa semiconductor—tse kang di-transistors, di-diode, di-sensor, dipotoloho tse kopaneng (di-IC), le di-processor—ke motheo wa theknoloji ya sejwalejwale. Ka mora tshebetso ya tsona e phahameng le boholo bo ntseng bo hola ho na le tshebetso e rarahaneng, e nepahetseng, le e itshetlehileng haholo ka thepa. Sehlopha se seng sa thepa seo karolo ya sona e ke keng ya nkeloa sebaka ke tshepe. Ditshepe ha di sebediswe feela e le "dithapo" tse tsamaisang motlakase empa hape e le dikgokelo tsa motlakase, dithibelo tsa ho hasana, dikarolo tse hokahanyang pakeng tsa dikarolo, le thepa e sebetsang ditsamaisong tsa lithography le tsa ho paka. Sengoloa sena se bua ka moo ditshepe di sebediswang kateng tlhahisong ya disebediswa tsa semiconductor, mefuta ya ditshepe tse sebediswang hangata, le diphephetso le ditaelo tsa ntshetsopele ya tsona.
1. Karolo ea litšepe lisebelisoa tsa semiconductor
Ka kakaretso, litšepe tse sebelisoang lisebelisoa tsa semiconductor li na le mesebetsi e 'maloa e meholo:
1. Kgokelo (ho kenya dithapo): Ho hokahanya di-transistor le dikarolo tse ding ka hara chip ka ditsela tsa tshepe tse teteaneng haholo le tse nang le mekhahlelo e mengata (kgokelo ya mekhahlelo e mengata).
2. Dikopano tsa Ohmic le dikopano tsa Schottky: Di theha sebopeho sa motlakase pakeng tsa tshepe le semiconductor. Dikopano tsa Ohmic di dumella motlakase ho phalla ka mahlakoreng ka bobedi ka kganyetso e tlase, ha dikopano tsa Schottky di bopa diode e nang le dibopeho tsa ho lokisa.
3. Lera la thibelo le lera la ho kgomarela: E thibela ho hasana ha diathomo tsa tshepe ka hara semiconductor kapa dielectric material, mme e thusa tshepe ho kgomarela ka thata lera le ka tlase.
4. Electrode ea heke ho transistor: Litheknolojing tse itseng, tšepe e sebelisoa ho etsa electrode ea heke ho MOSFET bakeng sa taolo e betere ea kanale le khanyetso e tlase.
5. Lisebelisoa tse sebelisoang ts'ebetsong ea tlhahiso: Tšepe le metsoako ea tšepe li sebelisoa e le maske e thata, likarolo tse bonahatsang, kapa likarolo tsa lik'hemik'hale bakeng sa ho beha le ho fata.
6. Ho paka le ho hokahanya ditshipi: Ho kopanya terata, ho phutha le mefuta e fapaneng ya ditshipi ho sebediswa ho hokela tshipi le boto ya potoloho le ho sireletsa sesebediswa tikolohong.
Ka mantsoe a mang, tshebetso ya di-chip tsa sejwalejwale ha e laolwe feela ke silicon kapa thepa e meng ya semiconductor, empa hape le ka moo ditshipi di kgethwang le ho kopanngwa ka teng.
2. Litšepe bakeng sa likhokahano: ho tloha aluminium ho ea ho koporo le cobalt
Melokong ea pele ea li-IC, aluminium (Al) e ne e le khetho ea mantlha bakeng sa likhokahano hobane e ne e le bonolo ho e kenya, e theko e tlase haholo, 'me e lumellana le lits'ebetso tsa tlhahiso ea nako eo. Leha ho le joalo, ha bongata ba li-transistor bo ntse bo eketseha 'me litlhoko tsa hona joale li ntse li eketseha, mathata a kang ho falla ha liathomo tsa tšepe ka lebaka la phallo e phahameng ea lielektrone - a bakile ho robeha ha tsela le ho fokotseha ha ts'epo.
Indasteri e ile ea fetohela ho koporo (Cu) hobane e na le resistivity e tlase ho feta aluminium, e fokotsang tahlehelo ea matla le ho eketsa lebelo la matšoao. Leha ho le joalo, koporo e hlahisa phephetso: Cu e hasana habonolo ho dielectric (mohlala, SiO₂ kapa dielectric tse tlase-k) 'me e ka senya thepa ea motlakase. Ka hona, Cu e sebelisoa hangata ka lera la thibelo joalo ka tantalum (Ta) kapa tantalum nitride (TaN).
Mehlaleng e ntseng e eketseha e menyenyane (li-node tse tsoetseng pele), karolo e tšelang khokahano ea ho hokahana ea fokotseha, khanyetso e eketseha haholoanyane, 'me litlamorao tsa moeli (ho hasana ha bokaholimo) li ba matla haholo. Bakeng sa mekhahlelo e itseng, tšebeliso ea cobalt (Co) kapa ruthenium (Ru) e le mokhoa o mong/tlatsetso ho Cu e qalile ho hlaha hobane e ka fana ka ts'ebetso e tsitsitseng haholoanyane ka litekanyo tse nyane haholo mme ea fokotsa tlhoko ea litšitiso tse teteaneng.
3. Dikgokelo tsa tshepe le semiconductor: ohmic le Schottky
Ho kopana ha tšepe le semiconductor ke e 'ngoe ea lintlha tsa bohlokoa ka ho fetisisa. Haeba ho kopana ho hanyetsa haholo, transistor e chesa ka potlako 'me e lahleheloa ke ts'ebetso. Lisebelisoa tsa sejoale-joale tsa CMOS, likhokahano tsa mohloli/drain le li-contact plug li etselitsoe ho ba le khanyetso e tlase ka ho fetisisa.
Tšepe le metsoako e meng e sebelisoang hangata bakeng sa ho kopana e kenyelletsa:
– Titanium (Ti): hangata e sebediswa e le sekgomaretsi le lera le arabelang ho etsa di-silicides.
– Nickel (Ni) le cobalt (Co): e atile haholo lits'ebetsong tsa silicidation (mohlala, NiSi, CoSi₂) ho fokotsa khanyetso ea ho kopana le silicon.
– Tungsten (W): e sebediswa haholo e le "polaka" ho tlatsa masoba a ho kopana (a ho kopana/a ho tlatsa) hobane e tsitsitse mme e loketse ho kenngoa ha CVD (chemical vapor deposition).
– Platinum (Pt) kapa palladium (Pd): e ka sebediswa ho theha dikamano tsa Schottky kapa bakeng sa ditshebediso tse itseng tse hlokang botsitso bo phahameng ba dikhemikhale.
Disebedisweng tse entsweng ka di-semiconductor tse ding ntle le silicon—tse kang GaN (gallium nitride) kapa SiC (silicon carbide)—kgetho ya tshepe e kopanang e ba bohlokwa haholo ka lebaka la dipharologanyo sebopehong sa sehlopha sa eneji, ditlhoko tsa mocheso o phahameng, le ditikoloho tse feteletseng tsa tshebetso (mohlala, di-elektroniki tsa motlakase).
4. Lera la thibelo, lesela la ho kenya, le lera la ho khomarela
Ka lebaka la hore di-chip tsa sejwalejwale di nyane haholo, diathomo tsa tshepe di ka hasana mme tsa baka ho dutla, di-short, kapa diphetoho diparamenteng tsa transistor. Ka hona, ho sebediswa dikarolo tse tshesane, tse sebeletsang mesebetsi e latelang:
– Thibelo ea ho hasana: e thibela ho hasana ha Cu kapa litšepe tse ling.
– Liner: e thusa ho tlatsa likarolo tse tšesaane (mokoti/ka) ka ho lekana.
– Lera la ho khomarela: le eketsa ho khomarela.
Lisebelisoa tse tloaelehileng li kenyelletsa Ta/TaN, Ti/TiN, W, 'me lipatlisisong tsa morao tjena, litšitiso tse thehiloeng ho Ru, Mn, kapa mekhahlelo e mesesaane haholo e thehiloeng holim'a lisebelisoa tsa 2D e le litšitiso tsa phatlalatso. Ha li-node li ntse li tsoela pele, phephetso ke ho etsa hore thibelo e be tšesaane kamoo ho ka khonehang ha e ntse e sebetsa, kaha thibelo e teteaneng haholo e "ja" sebaka sa tsela 'me e eketsa khanyetso.
5. Tšepe ka sebopeho sa transistor: heke ea tšepe le high-k
Li-transistors tsa MOSFET tsa sejoale-joale, haholo-holo ho tloha ha ho hlahisoa liheke tsa high-k/tšepe, tšepe e boetse e bapetse karolo e kholo sebopehong sa heke. Pele, liheke tsa polysilicon li ne li sebelisoa hangata, empa li ne li tobane le mathata a kang phello ea ho fokotseha le ho lumellana le li-dielectric tsa high-k. Ka liheke tsa tšepe, taolo ea motlakase e ntlafalitsoe 'me ho lutla ho ka thibeloa.
Lisebelisoa tse sebelisoang lia fapana, joalo ka titanium nitride (TiN), tantalum nitride, kapa motsoako oa litšepe tse etselitsoeng ho fihlela mosebetsi o nepahetseng (e le hore motlakase o fihlang moeling o fihlelle moralo). Mona, tšepe ha se feela conductor; thepa ea eona ea elektroniki ea bokaholimo e khetholla boitšoaro ba transistor.
6. Tšebeliso ea tšepe lits'ebetsong tsa ho beha le ho etsa lipaterone
Tlhahiso ea li-chip e kenyelletsa ho beoa ha likarolo tse tšesaane tsa tšepe ka mekhoa e fapaneng, ho kenyeletsoa:
– PVD (Ho ntsha mouoane ka hara mmele): jwalo ka ho ntsha matheba, ho tlwaelehileng bakeng sa Al, Ti, Ta, le ba bang.
– CVD (Khemikhale ea ho Hlahisa Mouoane): e atisa ho sebelisoa bakeng sa lipolaka tsa W (tungsten) le likarolo tse itseng tsa tšepe.
– ALD (Atomic Layer Deposition): e bohlokoa haholo bakeng sa mekhahlelo e mesesaane haholo le e nang le sebopeho se tšoanang meahong ea 3D, mohlala, litšitiso/li-liners, liheke tsa tšepe, le lisebelisoa tse ling tsa ho kopana.
Kamora ho beoa, tšepe e lokela ho etsoa ka paterone ho sebelisoa lithography le etching kapa mokhoa oa damascene (haholo-holo bakeng sa Cu), o kenyeletsang ho etsa liforo ka har'a dielectric, ho li tlatsa ka tšepe, ebe lia pentelloa ho sebelisoa Chemical Mechanical Planarization (CMP). Ts'ebetso ena e hloka slurry le k'hemistri e nepahetseng ho etsa bokaholimo bo bataletseng ntle le ho senya likarolo tse ka tlase.
7. Tšepe e pakaneng: solder, bump, le terata e tlamiloeng
Hang ha wafer e felile, chipu e a sehoa (e aroloa) ebe e pakoa. Mothating ona, tšepe le eona e laola:
– Thapo e tlamang e sebedisa terata ya kgauta (Au), aluminium (Al), kapa koporo (Cu).
– Ho thula le ho flip-chip ho sebedisa dipilara/maqhubu a tshepe le solder bakeng sa dikgokelo tse potlakileng le palo e kgolo ya diphini.
– Li-solder tsa sejoale-joale hangata li entsoe ka tin (Sn) e thehiloeng ka li-alloy (mohlala, Sn-Ag-Cu) ho nkela solder ea loto (Pb) sebaka ka mabaka a tikoloho.
Liphutheloana tse tsoetseng pele tse kang li-chiplets, kopanyo ea 2.5D/3D, le TSV (ka through-silicon via) li eketsa tlhoko ea thepa ea tšepe e tšepahalang haholo, ha bongata ba khokahano le ho qhalana ha mocheso li ntse li eketseha.
8. Liphephetso tsa bohlokoa: ho falla ha motlakase, ho bola, le khanyetso ho nanoscale
Ha boholo ba tšepe bo ntse bo fokotseha, tšebeliso ea tšepe e tobana le mathata a maholo, ho kenyeletsoa:
– Ho falla ha motlakase: litsela tsa tšepe li ka senyeha ke maqhubu a phahameng likarolong tse nyane tse tšekaletseng.
– Ho eketsa ho hanyetsa ka katleho: ho nanoscale, dielektrone di thulana kgafetsa le meedi ya dithollo le bokahodimo, e leng se eketsang ho hanyetsa.
– Ho ts'oana ha dikhemikhale le tshebedisano ya tsona: haholoholo mehatong ya tlhahiso e kenyeletsang dikhemikhale tse ngata le dithempereichara tse phahameng.
– Meeli ea lithibelo: lithibelo li lokela ho ba tšesaane 'me li ntse li hanela ho hasana, e leng ntho e thata ka botekgeniki.
Ka hona, dipatlisiso mabapi le thepa ya tshepe bakeng sa di-semiconductor di ntse di tswela pele ho tswela pele, ho kenyeletswa le ho batlisisa Co, Ru, Mo, hammoho le mekgwa e metjha e kang dikgokelo tse ding tse thehilweng hodima thepa le mekgwa ya ho beha athomo.
9. Litaelo tsa tšebeliso ea tšepe nakong e tlang
Mekhoa ea nakong e tlang indastering ea semiconductor e khanna tšebeliso ea litšepe tse "entsoeng" haholoanyane boemong ba athomo. Li-node tse tsoetseng pele le meralo ea 3D (FinFET, GAA nanosheet, jj) li hloka mekhahlelo ea tšepe e ts'oanang haholo, e tšesaane haholo e nang le li-interface tse hloekileng. Ho feta moo, tlhoko ea ts'ebetso e ntle ea matla le lebelo le eona e etsa hore khetho ea litšepe bakeng sa likhokahano le likhokahano e be ntlha ea bohlokoa.
Ka lehlakoreng la sephutheloana, litlhoko tsa bandwidth e phahameng le kopanyo e fapaneng li susumetsa boqapi ho li-solder, bump, le li-interposer tsa tšepe. Tšepe ha se karolo e tšehetsang feela, empa ke karolo ea bohlokoa ea moralo oa sistimi, ts'ebetso le ts'epo.
Qetello
Litšepe li bapala karolo ea bohlokoa tlhahisong ea lisebelisoa tsa semiconductor: e le likhokahano, likhokahano, litšitiso, liheke tsa tšepe le mokokotlo oa liphutheloana. Khetho ea tšepe ha e khethoe feela ka ho tsamaisa motlakase, empa hape le ka ho hasana, ho khomarela, botsitso ba mocheso, ho lumellana ha ts'ebetso, le ts'epo ea nako e telele. Ha miniaturization le ho rarahana li ntse li eketseha, liphephetso tse kang ho falla ha motlakase le khanyetso ea nanoscale li qobella indasteri ho nts'etsapele thepa le lits'ebetso tse ncha. Ka hona, ho utloisisa tšebeliso ea litšepe ho li-semiconductors ho bohlokoa eseng feela bakeng sa thepa le baenjiniere ba ts'ebetso, empa hape le bakeng sa mang kapa mang ea batlang ho utloisisa hore na theknoloji ea sejoale-joale ea chip e tla tsoela pele ho fetoha joang.
