Language
Country/Area
No result found
من السيليكون إلى الرقائق: هل تعرف كيف يتم تصنيع أشباه الموصلات خطوة بخطوة؟
إن تصنيع أجهزة أشباه الموصلات هو عملية معقدة مسؤولة عن إنتاج مجموعة متنوعة من الرقائق، بما في ذلك المعالجات الدقيقة ووحدات التحكم الدقيقة ووحدات الذاكرة. في هذه العملية، يتم تشكيل الدوائر الإلكترونية تدريجياً على رقائق، عادة ما تكون مصنوعة من السيليكون النقي أحادي البلورة. على الرغم من أن السيليكون هو المادة الأكثر استخدامًا، إلا أنه يتم إنتاج العديد من التطبيقات الخاصة باستخدام أشباه الموصلات المركبة المختلفة.
يكمن مفتاح تصنيع أشباه الموصلات في سلسلة من خطوات الطباعة الحجرية الضوئية والمعالجة الفيزيائية والكيميائية، مثل الأكسدة الحرارية وترسيب الأغشية الرقيقة وزرع الأيونات والحفر.
تتم هذه العمليات في مصانع تصنيع أشباه الموصلات المتخصصة للغاية، والتي تسمى غالبًا "fabs". تقع الغرفة النظيفة في قلب المصنع، وهي إحدى أهم البيئات لضمان جودة المنتج. في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات الحديثة، مثل تقنية 14/10/7 نانومتر، غالبًا ما تستغرق عملية الإنتاج ما يصل إلى 15 أسبوعًا، حيث يمثل متوسط دورة الإنتاج الصناعية من 11 إلى 13 أسبوعًا.
تتم عملية الإنتاج بشكل آلي بالكامل تقريبًا، مع وجود أنظمة آلية مخصصة لمعالجة المواد تنقل الرقائق من آلة إلى أخرى. عادة ما تكون هناك شرائح متعددة على الرقاقة تسمى هذه الرقائق "القالب" ويتم فصلها بعملية قطع القالب على الرقاقة المكتملة لمزيد من التجميع والتعبئة. قبل المنتج النهائي، يتم شحن الرقائق في صناديق بلاستيكية محكمة الغلق تسمى FOUPs (صناديق الويفر). تحافظ هذه FOUPs على جو من النيتروجين بالداخل لمنع النحاس من الأكسدة على الرقاقة، حيث يعد النحاس أحد المواد المستخدمة للتوصيلات البينية داخل أشباه الموصلات الحديثة.
تُسمى البيئة الموجودة داخل معدات معالجة الرقاقات وFOUPs بالبيئة الدقيقة، مما يساعد على زيادة الإنتاجية، وهو عدد الأجهزة العاملة على الرقاقة.
يتم تنفيذ هذه البيئة الدقيقة من خلال EFEM (وحدة الواجهة الأمامية للمعدات)، التي تستقبل الرقائق من FOUPs وتقوم بإدخالها في الماكينة. تقوم العديد من الآلات أيضًا بمعالجة الرقائق في بيئات نظيفة من النيتروجين أو الفراغ لتقليل التلوث وتحسين التحكم في العملية. تتطلب المصانع كميات كبيرة من النيتروجين السائل للحفاظ على الجو داخل معدات الإنتاج وFOUPs، التي تمتلئ باستمرار بالنيتروجين. يمكن إنشاء ستارة هوائية أو هيكل شبكي بين FOUP وEFEM لتقليل كمية الرطوبة التي تدخل إلى FOUP وتحسين الإنتاجية.
تشمل العديد من شركات تصنيع المعدات المستخدمة في عمليات تصنيع أشباه الموصلات الصناعية ASML، وApplied Materials، وTokyo Electronics، وRipper Research، وغيرها. في عملية تصنيع جهاز شبه موصل، يتم تحديد حجم الميزة في كل خطوة بواسطة الطباعة الحجرية الضوئية، مما يعني أنه يمكن تحديد التصميم أو النمط الموجود على جهاز أشباه الموصلات.
يشير حجم الميزة إلى أصغر عرض خط يمكن إجراؤه أثناء عملية تصنيع أشباه الموصلات.
يعتمد قياس حجم الميزة على الحد الأدنى لحجم الميزة لعقدة تكنولوجيا معالجة أشباه الموصلات، وعادةً ما يكون ذلك بالنانومتر. على الرغم من أن أسماء العقد التقنية هذه لم تكن مرتبطة بشكل واضح في البداية بأحجام الميزات الوظيفية، إلا أن هذا المفهوم أصبح تدريجيًا غير واضح بمرور الوقت.
مراجعة تاريخية
إن تطوير تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات له تاريخ طويل. في عام 1955، أدى الاكتشاف العرضي الذي قام به كارل فروش ولينكولن ديريك في مختبرات بيل إلى جعلهما على دراية بتأثير أكسدة سطح رقائق السيليكون، وهو ما كان ذا أهمية كبيرة لمناقشات تكنولوجيا أشباه الموصلات المستقبلية. بحلول عام 1957، كانوا قادرين على إنتاج ترانزستورات تأثير المجال من أكسيد السيليكون، والتي يعتقد أنها أول إنتاج لترانزستورات التأثير الميداني المستوي.
بمرور الوقت، استمر حجم رقائق أشباه الموصلات في الزيادة، من 25 ملم في عام 1960 إلى 200 ملم، وأصبح في النهاية المعيار 300 ملم. أدت هذه العملية إلى إدخال تكنولوجيا الأتمتة واستخدام معدات أكثر كفاءة لإكمال الإنتاج. ومع تزايد الطلب في سوق أشباه الموصلات، بدأ المصنعون أيضًا في تصميم أجهزة أكثر متانة لضمان قدرتها على التكيف في الأسواق المختلفة.
تظهر العديد من التقنيات الجديدة في أجهزة أشباه الموصلات الحديثة، بما في ذلك تقنية FinFET، التي توفر كفاءة أعلى في استخدام الطاقة وأداء أسرع عند العقدة 22 نانومتر. بحلول عام 2018، ظهرت مجموعة متنوعة من بنيات الترانزستور الجديدة، مثل GAAFET، الذي يمثل اتجاهًا جديدًا آخر لتطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات.
قائمة الخطوات
تتضمن عملية تصنيع جهاز أشباه الموصلات بأكملها خطوات متعددة، بما في ذلك معالجة الرقاقات والطباعة الحجرية الضوئية وزرع الأيونات والحفر والتعبئة. وتشكل هذه الخطوات معًا جوهر تصنيع أشباه الموصلات وتعتمد على دعم معدات التصنيع المتخصصة والبيئات النظيفة.
عادةً ما تتم عملية الإنتاج بأكملها في مصنع الويفر، الذي يعمل بكفاءة على مدار 24 ساعة يوميًا ويتطلب كمية كبيرة من الماء النقي لضمان نقاء المنتج. تخضع كل رقاقة لاختبارات صارمة للتأكد من أن أدائها يلبي المتطلبات المتوقعة.
في مثل هذه الصناعة سريعة التطور، تعمل التقنيات والمواد الجديدة على تغيير مستقبل أشباه الموصلات باستمرار. ما هي المفاجآت التي ستجلبها صناعة أشباه الموصلات في المستقبل؟
