عملية مستوية

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
صورة توضيحية لرقاقة فيرتشايلد

تُعدّ عملية التصنيع المستوية إحدى عمليات التصنيع المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات لبناء المكونات الفردية للترانزستور ، ومن ثمّ ربط هذه الترانزستورات معًا. وهي العملية الأساسية التي تُصنع بها رقائق الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون ، والطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج الوصلات أثناء تصنيع أجهزة أشباه الموصلات . [ 1 ] وتعتمد هذه العملية على طريقتي التخميل السطحي والأكسدة الحرارية .

طُوِّرت عملية التصنيع المستوية في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات عام 1959، وقد أثبتت أنها واحدة من أهم التطورات الفردية في تكنولوجيا أشباه الموصلات. [ 1 ]

ملخص

يكمن المفهوم الأساسي في رؤية الدائرة الكهربائية في إسقاطها ثنائي الأبعاد (على مستوى ثنائي الأبعاد)، مما يسمح باستخدام تقنيات معالجة الصور الفوتوغرافية ، مثل استخدام الأفلام السلبية، لإخفاء إسقاط المواد الكيميائية المعرضة للضوء. وهذا يتيح استخدام سلسلة من عمليات التعريض على ركيزة ( السيليكون ) لإنشاء أكسيد السيليكون (عوازل) أو مناطق مطعمة (موصلات). وبالاقتران مع استخدام التمعدن، ومفاهيم عزل وصلة p-n وتخميل السطح ، يصبح من الممكن إنشاء دوائر كهربائية على شريحة واحدة من بلورة السيليكون (رقاقة) من بلورة سيليكون أحادية البلورة.

تتضمن هذه العملية الإجراءات الأساسية لأكسدة ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ) ، وحفر طبقة SiO₂ ، ونشر الحرارة. أما الخطوات النهائية فتتضمن أكسدة الرقاقة بأكملها بطبقة من SiO₂ ، وحفر فتحات التوصيل للترانزستورات، وترسيب طبقة معدنية فوق طبقة الأكسيد ، مما يؤدي إلى توصيل الترانزستورات دون الحاجة إلى توصيلها يدويًا.

تاريخ

تطوير

في عام 1955، في مختبرات بيل ، قام كارل فروتش ولينكولن ديريك، عن طريق الصدفة، بتنمية طبقة من ثاني أكسيد السيليكون على رقاقة سيليكون، ولاحظا خصائص التخميل السطحي لهذه الطبقة. [ 2 ] [ 3 ] وفي عام 1957، تمكن فروتش وديريك من تصنيع أول ترانزستورات تأثير المجال المصنوعة من ثاني أكسيد السيليكون، وهي أول ترانزستورات يكون فيها المصرف والمصدر متجاورين على السطح، مما يدل على أن التخميل السطحي لثاني أكسيد السيليكون يحمي رقائق السيليكون ويعزلها. [ 4 ]

في مختبرات بيل، أُدركت أهمية تقنية فروتش على الفور. انتشرت نتائجهم داخل المختبرات على شكل مذكرات داخلية قبل نشرها عام ١٩٥٧. وفي شركة شوكلي لأشباه الموصلات ، عمّم شوكلي النسخة الأولية من مقالتهم في ديسمبر ١٩٥٦ على جميع كبار موظفيه، بمن فيهم جان هورني . [ ٥ ] [ ٦ ] [ ٧ ] [ ٨ ] لاحقًا، حضر هورني اجتماعًا قدّم فيه أتالا ورقة بحثية حول التخميل استنادًا إلى النتائج السابقة في مختبرات بيل. [ ٨ ] مستفيدًا من تأثير التخميل لثاني أكسيد السيليكون على سطح السيليكون، اقترح هورني صنع ترانزستورات محمية بطبقة من ثاني أكسيد السيليكون. [ ٨ ]

حصل جان هورني، أثناء عمله في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات ، على براءة اختراع عملية الطباعة المستوية لأول مرة عام 1959. [ 9 ] [ 10 ] وواصل كل من كي دابورلوس وإتش جيه باترسون من مختبرات بيل جهود سي. فروتش وإل. ديريك، وطورا عملية مشابهة لعملية هورني في نفس الفترة تقريبًا. [ 8 ] وبالاستعانة بتقنية التمعدن (لربط الدوائر المتكاملة)، ومفهوم عزل وصلة p-n (من كورت ليهوفيتش )، تمكن الباحثون في فيرتشايلد من إنشاء دوائر على شريحة واحدة من بلورة السيليكون (رقاقة) من بلورة سيليكون أحادية البلورة .

في عام ١٩٥٩، بنى روبرت نويس على عمل هورني بمفهومه للدائرة المتكاملة ، حيث أضاف طبقة معدنية إلى أعلى بنية هورني الأساسية لربط مكونات مختلفة، مثل الترانزستورات والمكثفات والمقاومات ، الموجودة على نفس قطعة السيليكون. وفرت عملية التصنيع المستوية طريقة فعالة لتنفيذ الدائرة المتكاملة، متفوقةً على المفاهيم السابقة لها. [ ١١ ] وكان اختراع نويس أول شريحة دائرة متكاملة متجانسة. [ ١٢ ] [ ١٣ ]

استخدمت الإصدارات الأولى من عملية الطباعة المستوية تقنية الطباعة الضوئية باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية القريبة من مصباح بخار الزئبق. ومنذ عام 2011، تُصنع العناصر الصغيرة عادةً باستخدام  تقنية الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية "العميقة" بطول موجي 193 نانومتر. [ 14 ] ومنذ عام 2022، تستخدم منصة ASML  NXE ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) بطول موجي 13.5 نانومتر، يتم توليده بواسطة مصدر بلازما قائم على القصدير، كجزء من عملية الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 باترفيلد، أندرو جيه؛ شيمانسكي، جون، محرران. (2018). قاموس الإلكترونيات والهندسة الكهربائية . المجلد  1. مطبعة جامعة أكسفورد. doi : 10.1093/acref/9780198725725.001.0001 . ISBN 978-0-19-872572-5.
  2. ↑ هاف، هوارد؛ ريوردان، مايكل (1 سبتمبر 2007). "فروش وديريك: بعد خمسين عامًا (مقدمة)" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 16 (3): 29. doi : 10.1149/2.F02073IF . ISSN 1064-8208 . 
  3. ↑ US2802760A ، لينكولن، ديريك وفروش ، كارل جيه، "أكسدة الأسطح شبه الموصلة من أجل الانتشار المتحكم فيه"، صدر في 13 أغسطس 1957 
  4. ↑ فروتش، سي جيه؛ ديريك، إل (1957). "حماية السطح والتغطية الانتقائية أثناء الانتشار في السيليكون" . مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
  5. ↑ موسكوفيتز، سانفورد ل. (2016). ابتكار المواد المتقدمة: إدارة التكنولوجيا العالمية في القرن الحادي والعشرين . جون وايلي وأولاده . ص 168. ISBN  978-0-470-50892-3.
  6. ↑ كريستوف ليكويير؛ ديفيد سي. بروك؛ جاي لاست (2010). صُنّاع الرقائق الإلكترونية: تاريخ موثق لشركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الصفحات 62-63 . ISBN  978-0-262-01424-3.
  7. ↑ كلايس، كور إل. (2003). تكامل عمليات الدوائر المتكاملة فائقة الكثافة III: وقائع الندوة الدولية . الجمعية الكهروكيميائية . ص 27-30 . ISBN  978-1-56677-376-8.
  8. 1 2 3 4 لويك، بو (2007). تاريخ هندسة أشباه الموصلات . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 120. ISBN  9783540342588.
  9. ↑ US 3025589 Hoerni, JA: "طريقة تصنيع أجهزة أشباه الموصلات" تم تقديمها في 1 مايو 1959 
  10. ↑ US 3064167 Hoerni, JA: "جهاز أشباه الموصلات" تم تقديمه في 15 مايو 1960 
  11. ↑ باسيت، روس نوكس (2007). إلى العصر الرقمي: مختبرات الأبحاث، والشركات الناشئة، وصعود تقنية MOS . مطبعة جامعة جونز هوبكنز . ص 46. ISBN  9780801886393.
  12. ↑ "1959: براءة اختراع مفهوم الدائرة المتكاملة المتجانسة العملية" . متحف تاريخ الحاسوب . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أغسطس 2019 .
  13. ↑ "الدوائر المتكاملة" . ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أغسطس 2019 .
  14. ↑ شانون هيل. "الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية: اتخاذ تدابير متطرفة" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST).