تصنيع الرقائق

رسم توضيحي مبسط لمقطع عرضي لعملية تصنيع عاكس CMOS على ركيزة من النوع p في تصنيع أشباه الموصلات الدقيقة. تُفصّل كل خطوة من خطوات الحفر في الصورة التالية كصورة مقطعية لجهاز ترانزستور واحد. ملاحظة: لا تقع نقاط تلامس البوابة والمصدر والمصب عادةً في نفس المستوى في الأجهزة الحقيقية، والرسم ليس بمقياس رسم دقيق.

تُعدّ عملية تصنيع الرقاقات عمليةً تتألف من العديد من العمليات المتسلسلة المتكررة لإنتاج دوائر كهربائية أو ضوئية كاملة على رقاقات أشباه الموصلات ، وذلك ضمن عملية تصنيع أجهزة أشباه الموصلات . تشمل الأمثلة إنتاج مضخمات الترددات الراديوية ، ومصابيح LED ، ومكونات الحاسوب الضوئية ، والمعالجات الدقيقة للحواسيب . تُستخدم عملية تصنيع الرقاقات لبناء المكونات ذات الهياكل الكهربائية اللازمة.

تبدأ العملية الرئيسية بتصميم الدوائر المتكاملة ، حيث يقوم مهندسو الكهرباء بتصميم الدائرة وتحديد وظائفها، وتحديد الإشارات والمدخلات/المخرجات والفولتيات المطلوبة. تُدخل مواصفات الدوائر الكهربائية هذه في برامج تصميم الدوائر الكهربائية، مثل SPICE ، ثم تُستورد إلى برامج تخطيط الدوائر، المشابهة لتلك المستخدمة في التصميم بمساعدة الحاسوب . هذا ضروري لتحديد الطبقات اللازمة لإنتاج الأقنعة الضوئية . تزداد دقة الدوائر بسرعة مع كل خطوة في التصميم، حيث يُقاس حجم الدوائر في بداية عملية التصميم بأجزاء من الميكرومتر. وبالتالي، تزيد كل خطوة من كثافة الدوائر في مساحة معينة.

الجزء التالي من العملية هو إعداد بيانات القناع .

ثم يأتي الجزء الأكثر تكلفة في عملية تصنيع أجهزة أشباه الموصلات، وهو تصنيع الرقاقات.

تبدأ رقائق السيليكون فارغة ونقية. تُبنى الدوائر على شكل طبقات في غرف نظيفة . أولًا، تُطبع أنماط مقاومة ضوئية بدقة ميكرومترية على سطح الرقائق. ثم تُعرَّض الرقائق لضوء فوق بنفسجي قصير الموجة ، فتُزال المناطق غير المعرضة للضوء وتُنظف . تُرسَّب أبخرة كيميائية ساخنة على المناطق المطلوبة وتُخبز في درجات حرارة عالية ، مما يسمح للأبخرة بالتغلغل داخل تلك المناطق. في بعض الحالات، تُزرع أيونات، مثل O²⁺ _أو O⁺ ^{، بأنماط} دقيقة وعلى عمق محدد باستخدام مصادر أيونية تعمل بترددات الراديو.

غالباً ما تتكرر هذه الخطوات مئات المرات، وذلك حسب مدى تعقيد الدائرة المطلوبة ووصلاتها.

تظهر كل عام عمليات جديدة لإنجاز كل خطوة من هذه الخطوات بدقة أفضل وبطرق محسّنة، نتيجةً للتطور التكنولوجي المستمر في صناعة تصنيع الرقائق. وتؤدي التقنيات الجديدة إلى زيادة كثافة التراص الدقيق للمكونات السطحية الدقيقة، مثل الترانزستورات وأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). وتُعدّ هذه الكثافة المتزايدة استمرارًا للاتجاه الذي يُعرف غالبًا بقانون مور .

يُستخدم مصطلح "مصنع" للإشارة إلى المكان الذي تُنجز فيه هذه العمليات. غالبًا ما يكون المصنع مملوكًا للشركة التي تبيع الرقائق، مثل إنتل ، وتكساس إنسترومنتس ، وفري سكيل . أما "المسبك" فهو مصنع تُصنع فيه رقائق أو رقاقات أشباه الموصلات حسب الطلب لشركات أخرى تبيع الرقائق، مثل المصانع المملوكة لشركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC)، وشركة يونايتد مايكروإلكترونيكس (UMC)، وجلوبال فاوندريز ، وشركة سيميكونداكتور مانوفاكتشرينج إنترناشونال (SMIC).

في عام 2013، تجاوزت تكلفة بناء الجيل التالي من مصانع رقائق السيليكون 10 مليارات دولار. ^{[ 1 ]}

بعد تصنيع الرقاقات وتقطيعها، تغادر رقائق أشباه الموصلات "العارية" المصنع. عادةً ما يتم تغليف الرقائق (انظر تغليف الدوائر المتكاملة )، ثم يتم تجميع هذه العبوات لاحقًا على لوحة الدوائر المطبوعة؛ وفي بعض الأحيان تُستخدم الرقائق في تقنية "الرقاقة على اللوحة " حيث توضع الرقائق العارية مباشرةً على لوحة الدوائر المطبوعة.

يُشار إلى هذا السوق على التوالي باسم سوق معدات تصنيع الرقائق ^{[ 2 ]} أو سوق معدات تصنيع الرقائق ^{[ 3 ]} ، وكلاهما يستخدم الاختصار WFE، وهو سوق الشركات المصنعة للآلات التي بدورها تُصنّع أشباه الموصلات. وقد حددت شركة Apex Research Link في عام 2020 شركات Applied Materials و ASML و KLA-Tencor و Lam Research و TEL و Dainippon Screen Manufacturing كشركات عاملة في هذا السوق ^{[ 2 ]،} بينما ركز تقرير electronicsweekly.com لعام 2019 ، نقلاً عن رئيس The Information Network، روبرت كاستيلانو، على الحصص السوقية التي تستحوذ عليها الشركتان الرائدتان، Applied Materials وASML. ^{[ 3 ]}