Panyushkin W.W.

("HiŻh", 2014, nr 4)

Produkcja maleńkich chipów, które ożywiają laptop, jest jedną z najbardziej złożonych i wyrafinowanych. Składa się z ponad trzystu operacji, a jeden cykl produkcyjny może trwać nawet kilka tygodni. Jak wygląda ten proces w uproszczonej formie?

Nakładamy warstwę silikonu

Pierwszą rzeczą do zrobienia jest stworzenie dodatkowej warstwy na powierzchni podłoża krzemowego o średnicy 30 cm. Atomy krzemu powstają na podłożu metodą epitaksji: są one stopniowo osadzane na powierzchni krzemu z fazy gazowej. Proces odbywa się w próżni, nie ma tu nic zbędnego, dlatego w efekcie na powierzchni tworzy się najcieńsza warstwa najczystszego krzemu o takiej samej strukturze krystalicznej jak krzemowe podłoże, tylko jeszcze czystsze. Innymi słowy, otrzymujemy nieco ulepszone podłoże.

Nałożenie warstwy ochronnej

Teraz konieczne jest stworzenie warstwy ochronnej na powierzchni podłoża, czyli po prostu utlenienie go w celu utworzenia najcieńszego filmu tlenku krzemu SiO 2 .

Jego funkcja jest bardzo ważna: warstwa tlenku dodatkowo zapobiega przepływowi prądu elektrycznego z płyty. Nawiasem mówiąc, ostatnio zamiast tradycyjnego dwutlenku krzemu Intel zaczął stosować dielektryk o wysokim k oparty na tlenkach hafnu i krzemianach, które mają wyższą stałą dielektryczną k w porównaniu z tlenkiem krzemu. Warstwa dielektryczna o wysokim k jest około dwa razy grubsza niż konwencjonalna warstwa SiO2 poprzez zwężenie sąsiednich obszarów, ale dzięki temu, przy porównywalnej pojemności, prąd upływu może zostać zmniejszony o sto razy. Pozwala to na dalszą miniaturyzację procesorów.

Nałożenie warstwy fotorezystu

Na warstwę ochronną tlenku krzemu należy nałożyć fotomaskę - materiał polimerowy;, których właściwości zmieniają się pod wpływem promieniowania. Najczęściej rolę tę pełnią polimetakrylany, arylosulfoetery i żywice fenylo-formaldehydowe, które są niszczone przez promieniowanie ultrafioletowe (proces ten nazywamy fotolitografią). Nakłada się je na obracające się podłoże przez spryskanie aerozolem tej substancji. W zasadzie możliwe jest również zastosowanie wiązki elektronów (litografia wiązek elektronów) lub miękkiego promieniowania rentgenowskiego (litografia rentgenowska) poprzez dobranie do nich odpowiednich wrażliwych substancji. Ale rozważymy tradycyjny proces fotolitografii.

Naświetlamy ultrafioletem

Teraz podłoże jest gotowe do kontaktu z ultrafioletem, ale nie bezpośrednio, ale przez pośrednika - fotomaskę, która pełni rolę szablonu. W rzeczywistości fotomaska ​​jest rysunkiem przyszłego mikroukładu, tylko kilkakrotnie powiększonym. Do rzutowania go na powierzchnię podłoża stosuje się specjalne soczewki redukujące obraz. Daje to niesamowitą klarowność i dokładność projekcji.

Ultrafiolet, przechodząc przez maskę i soczewki, rzutuje obraz przyszłego obwodu na podłoże. Na fotomasce przyszłe obszary robocze układu scalonego są przezroczyste dla ultrafioletu, a obszary pasywne odwrotnie. W tych miejscach podłoża, w których powinny znajdować się aktywne elementy strukturalne, naświetlanie niszczy fotomaskę. A w obszarach pasywnych zniszczenie nie następuje, ponieważ ultrafiolet tam nie dociera: szablon to szablon. Reakcja chemiczna zachodząca w warstwie pod wpływem światła UV jest bardzo podobna do reakcji zachodzącej w filmie podczas fotografowania. Zniszczony fotorezyst łatwo się rozpuszcza, dzięki czemu usunięcie produktów rozkładu z podłoża nie jest trudne. Nawiasem mówiąc, do stworzenia jednego procesora potrzeba do 30 różnych fotomasek, więc krok jest powtarzany w miarę nakładania warstw.

Prześladujemy

Tak więc rysunek przyszłego obwodu ze wszystkimi elementami o wielkości do kilku nanometrów jest przenoszony na powierzchnię podłoża. Miejsca, w których zapadła się warstwa ochronna, należy teraz wytrawić. W tym przypadku obszary pasywne nie zostaną naruszone, ponieważ są one chronione polimerową warstwą fotomaski, która nie zapadła się w poprzednim etapie. Napromieniowane obszary są wytrawiane za pomocą odczynników chemicznych lub metod fizycznych.

W pierwszym przypadku do zniszczenia warstwy dwutlenku krzemu stosuje się związki na bazie kwasu fluorowodorowego i fluorku amonu. Wytrawianie płynem to dobra rzecz, ale pojawia się problem: płyn ma tendencję do przepływania pod warstwą maskującą w sąsiednich obszarach pasywnych. W rezultacie szczegóły wytrawionego wzoru mają większy rozmiar niż zapewnia maska. Dlatego preferowana jest sucha metoda fizyczna - reaktywne trawienie jonowe plazmą. Wybierz odpowiedni gaz reaktywny dla każdego materiału, który ma być wytrawiony na sucho. Tak więc krzem i jego związki są trawione plazmą zawierającą chlor i fluor (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6). To prawda, że ​​trawienie na sucho ma również wadę - niższą selektywność w porównaniu z trawieniem na mokro. Na szczęście istnieje w tym przypadku uniwersalna metoda - trawienie wiązką jonów. Nadaje się do dowolnego materiału lub kombinacji materiałów i ma najwyższą rozdzielczość spośród dowolnej metody trawienia, tworząc cechy o wielkości nawet 10 nm.

ćpać

Teraz czas na implantację jonów. Pozwala na wprowadzenie niemal dowolnych pierwiastków chemicznych w wymaganej ilości na określoną głębokość w wytrawione miejsca, w których eksponowane jest podłoże krzemowe. Celem tej operacji jest zmiana rodzaju przewodnictwa i stężenia nośników w masie półprzewodnika w celu uzyskania pożądanych właściwości, na przykład wymaganej gładkości złącza p-n. Najczęstszymi domieszkami krzemu są fosfor, arsen (zapewniają przewodnictwo elektronowe typu n) i bor (przewodnictwo dziurowe typu p). Jony wszczepionych pierwiastków w postaci plazmy są przyspieszane do dużych prędkości przez pole elektromagnetyczne i bombardują nimi podłoże. Jony energetyczne wnikają w niezabezpieczone obszary, zanurzając się w próbce na głębokość od kilku nanometrów do kilku mikrometrów.

Po wprowadzeniu jonów warstwa fotorezystywna jest usuwana, a uzyskana struktura jest wygrzewana w wysokiej temperaturze, dzięki czemu przerwana struktura półprzewodnika zostaje przywrócona, a jony ligandowe zajmują węzły sieci krystalicznej. Ogólnie pierwsza warstwa tranzystorów jest gotowa.

Tworzenie okien

Na wynikowy tranzystor konieczne jest nałożenie warstwy izolacyjnej, na której wytrawione są trzy „okienka” przy użyciu tej samej metody fotolitograficznej. Za ich pośrednictwem w przyszłości powstaną kontakty z innymi tranzystorami.

Stosujemy metal

Teraz cała powierzchnia płyty jest pokryta warstwą miedzi metodą osadzania próżniowego. Jony miedzi przechodzą z elektrody dodatniej (anody) na elektrodę ujemną (katodę), która jest odgrywana przez podłoże i osadzają się na nim, wypełniając powstałe w wyniku trawienia okienka. Powierzchnia jest następnie polerowana w celu usunięcia nadmiaru miedzi. Metal jest osadzany w kilku krokach, aby utworzyć połączenia (pomyśl o nich jako o przewodach łączących) między poszczególnymi tranzystorami.

Układ takich połączeń jest zdeterminowany architekturą mikroprocesora. Tak więc w nowoczesnych procesorach połączenia są ustanawiane między około 20 warstwami, tworząc złożony schemat trójwymiarowy. Liczba warstw może się różnić w zależności od typu procesora.

Testowanie

Wreszcie nasza płyta jest gotowa do testów. Głównym kontrolerem są tu głowice sond w automatycznych maszynach do sortowania wafli. Dotykając płytek mierzą parametry elektryczne. Jeśli coś jest nie tak, wadliwe kryształy są oznaczane, a następnie odrzucane. Nawiasem mówiąc, w mikroelektronice pojedynczy zintegrowany mikroukład o dowolnej złożoności, umieszczony na płytce półprzewodnikowej, nazywa się kryształem.

Tniemy

Następnie płytki dzieli się na monokryształy. Na jednym podłożu o średnicy 30 cm umieszcza się około 150 mikroukładów o wymiarach około 2x2 cm.Aby oddzielić płytkę, albo jest ona cięta frezem diamentowym lub wiązką laserową, a następnie łamana na gotowe nacięcia, albo jest natychmiast cięty tarczą diamentową.

Procesor gotowy!

Następnie podłącza się podkładkę kontaktową, która zapewnia komunikację między procesorem a resztą systemu, kryształ i osłonę odprowadzającą ciepło z kryształu do chłodnicy.

Procesor gotowy! Według moich (chyba bardzo nietrafnych) szacunków produkcja jednego nowoczesnego procesora, takiego jak np. czterordzeniowy Intel Core i7, wymaga około miesiąca pracy ultranowoczesnej fabryki i 150 kWh energii elektrycznej. Jednocześnie masę krzemu i chemikaliów zużytych na kryształ oblicza się co najwyżej w gramach, miedź - we ułamkach grama, złoto na kontakty - w miligramach, a jeszcze mniej dla ligandów, takich jak fosfor, arsen, bor.

Słowniczek

Dla tych, którzy ryzykują pomylenie substratów, chipów, procesorów i kryształów, oto mały słowniczek pojęć.

Podłoże - okrągły monokrystaliczny wafel krzemowy o średnicy od 10 do 45 cm, na którym metodą epitaksji hoduje się mikroukłady półprzewodnikowe.

Kryształ, chip, układ scalony - niepodłączona część podłoża z narosłym na nim wielowarstwowym układem tranzystorów, połączonych miedzianymi stykami. Później jest używany jako główna część mikroprocesora.

Ligand (domieszka) - w przypadku materiałów półprzewodnikowych substancja, której atomy są osadzone w sieci kryształu krzemu, zmieniając jego przewodnictwo.

Procesor, mikroprocesor - centralny element obliczeniowy nowoczesnych komputerów. Składa się z kryształu umieszczonego na podkładce kontaktowej i pokrytego osłoną termoizolacyjną.

Fotomaska - półprzezroczysta płytka z wzorem, przez który przechodzi światło podczas naświetlania fotorezystu.

Fotorezyst - polimerowy materiał światłoczuły, którego właściwości, na przykład rozpuszczalność, zmieniają się po ekspozycji na określony rodzaj promieniowania.

Epitaksja - regularny wzrost jednego kryształu na powierzchni drugiego. W tym przypadku słowo „kryształ” jest używane w jego głównym znaczeniu. Istnieje wiele metod otrzymywania uporządkowanych kryształów opartych na wzroście epitaksjalnym.

Bez czego trudno wyobrazić sobie istnienie współczesnego człowieka? Oczywiście bez nowoczesnych technologii. Niektóre rzeczy tak bardzo wkroczyły w nasze życie, że stały się tak nudne. Internet, TV, kuchenki mikrofalowe, lodówki, pralki - bez tego trudno sobie wyobrazić nowoczesny świat i oczywiście siebie w tym.

Co sprawia, że ​​prawie wszystkie dzisiejsze technologie są naprawdę przydatne i potrzebne?

Jaki wynalazek dawał największe możliwości postępu?

Jednym z najbardziej niezbędnych odkryć człowieka jest technologia wytwarzania mikroukładów.

Dzięki niej nowoczesna technologia jest tak mała. Jest kompaktowy i wygodny.

Wszyscy wiemy, że w domu może zmieścić się ogromna liczba rzeczy składających się z mikroukładów. Wiele z nich mieści się w kieszeni spodni i jest lekkich.

ciernista ścieżka

Aby osiągnąć wynik i uzyskać mikroukład, naukowcy pracowali przez wiele lat. Początkowe obwody były ogromne jak na dzisiejsze standardy, były większe i cięższe niż lodówka, mimo że nowoczesna lodówka nie składa się wyłącznie ze skomplikowanych i skomplikowanych obwodów. Nic takiego! Ma jedną małą, ale lepszą użyteczność od starych i nieporęcznych. Odkrycie zrobiło furorę, dając impuls do dalszego rozwoju nauki i technologii, dokonano przełomu. Wydanie sprzętu do produkcji chipów.

Ekwipunek

Produkcja mikroukładów nie jest łatwym zadaniem, ale na szczęście człowiek ma te technologie, które maksymalnie upraszczają zadanie produkcyjne. Pomimo złożoności na całym świecie codziennie produkuje się ogromną liczbę mikroukładów. Są stale ulepszane, zyskując nowe funkcje i zwiększoną wydajność. Jak wyglądają te małe, ale inteligentne systemy? Pomaga to sprzętowi do produkcji mikroukładów, co w rzeczywistości omówiono poniżej.

Przy tworzeniu mikroukładów stosuje się systemy osadzania elektrochemicznego, komory czyszczące, laboratoryjne komory utleniające, układy do elektroosadzania miedzi, sprzęt fotolitograficzny i inne urządzenia technologiczne.

Aparatura fotolitograficzna jest najdroższa i najdokładniejsza w inżynierii mechanicznej. Jest odpowiedzialny za tworzenie obrazów na podłożu krzemowym w celu wygenerowania zamierzonej topologii chipa. Fotomaska ​​nakładana jest na cienką warstwę materiału, która następnie jest naświetlana fotomaską i układem optycznym. Podczas pracy urządzenia zmniejsza się wielkość elementów wzoru.

W systemach pozycjonowania wiodącą rolę odgrywa liniowy silnik elektryczny i interferometr laserowy, które często mają sprzężenie zwrotne. Ale na przykład w technologii opracowanej przez moskiewskie laboratorium „Amfora” nie ma takiego połączenia. Ten sprzęt domowy ma bardziej precyzyjny ruch i płynną repetycję po obu stronach, co eliminuje możliwość wystąpienia luzów.

Specjalne filtry chronią maskę przed promieniowaniem cieplnym z głębokiego obszaru ultrafioletowego, przenosząc temperatury powyżej 1000 stopni dla długie miesiące Praca.

Jony niskoenergetyczne są opanowane do osadzania na powłokach wielowarstwowych. Wcześniej praca ta była wykonywana wyłącznie metodą rozpylania magnetronowego.

Technologia produkcji wiórów

Cały proces tworzenia zaczyna się od wyboru kryształów półprzewodnikowych. Najważniejszy jest krzem. Cienki wafel półprzewodnikowy jest polerowany, aż pojawi się w nim lustrzane odbicie. W przyszłości obowiązkowym etapem tworzenia będzie fotolitografia wykorzystująca światło ultrafioletowe podczas rysowania obrazu. Pomaga to maszynie do produkcji mikroukładów.

Co to jest mikrochip? To takie wielowarstwowe ciasto z cienkich wafli krzemowych. Każdy z nich ma specyficzny design. Ten sam wzór powstaje na etapie fotolitografii. Płyty są starannie umieszczane w specjalnym sprzęcie o temperaturze ponad 700 stopni. Po upieczeniu są myte wodą.

Proces tworzenia płyty wielowarstwowej trwa do dwóch tygodni. Fotolitografia jest wykonywana wielokrotnie, aż do uzyskania pożądanego rezultatu.

Tworzenie mikroukładów w Rosji

Krajowi naukowcy z tej branży mają również własną technologię produkcji mikroukładów cyfrowych. Zakłady o odpowiednim profilu działają na terenie całego kraju. Na wyjściu parametry techniczne niewiele ustępują konkurentom z innych krajów. Rosyjskie mikroukłady są preferowane w kilku stanach. Wszystko dzięki stałej cenie, która jest niższa niż u zachodnich producentów.

Niezbędne elementy do produkcji wysokiej jakości mikroukładów

Mikroukłady powstają w pomieszczeniach wyposażonych w systemy kontrolujące czystość powietrza. Na całym etapie tworzenia specjalne filtry zbierają informacje i przetwarzają powietrze, dzięki czemu jest czystsze niż na salach operacyjnych. Pracownicy na produkcji noszą specjalne kombinezony ochronne, które często są wyposażone w wewnętrzny system dostarczania tlenu.

Produkcja chipów to dochodowy biznes. Dobrzy specjaliści w tej dziedzinie są zawsze poszukiwani. Prawie cała elektronika jest zasilana przez mikroukłady. Wyposażone są w nowoczesne samochody. Statek kosmiczny nie byłby w stanie funkcjonować bez obecności w nich mikroukładów. Proces produkcji jest regularnie udoskonalany, poprawia się jakość, poszerzają się możliwości, wydłuża się okres przydatności do spożycia. Mikroukłady będą miały znaczenie przez długie dziesiątki, a nawet setki lat. Ich głównym zadaniem jest czerpanie korzyści na Ziemi i poza nią.

Jak powstają mikroczipy

Aby zrozumieć, jaka jest główna różnica między tymi dwiema technologiami, konieczne jest dokonanie krótkiej dygresji do samej technologii produkcji nowoczesnych procesorów lub układów scalonych.

Jak wiadomo ze szkolnego kursu fizyki, we współczesnej elektronice głównymi komponentami układów scalonych są półprzewodniki typu p i n (w zależności od rodzaju przewodnictwa). Półprzewodnik to substancja, która ma lepsze przewodnictwo niż dielektryki, ale gorszą od metali. Oba rodzaje półprzewodników mogą być oparte na krzemie (Si), który w czystej postaci (tzw. półprzewodnik samoistny) jest słabym przewodnikiem prądu elektrycznego, ale dodanie (wbudowanie) pewnej domieszki do krzemu umożliwia radykalnie zmienić jego właściwości przewodzące. Istnieją dwa rodzaje zanieczyszczeń: dawca i akceptor. Zanieczyszczenie donora prowadzi do powstania półprzewodników typu n o przewodnictwie elektronicznym, podczas gdy zanieczyszczenie akceptora prowadzi do powstania półprzewodników typu p o przewodnictwie typu dziurowego. Styki p- i n-półprzewodników umożliwiają tworzenie tranzystorów - głównych elementów konstrukcyjnych nowoczesnych mikroukładów. Tranzystory takie, zwane tranzystorami CMOS, mogą znajdować się w dwóch podstawowych stanach: otwartym, kiedy przewodzą prąd, oraz zamkniętym, gdy nie przewodzą prądu. Ponieważ tranzystory CMOS są głównymi elementami nowoczesnych mikroukładów, porozmawiajmy o nich bardziej szczegółowo.

Jak działa tranzystor CMOS

Najprostszy tranzystor CMOS typu n ma trzy elektrody: źródło, bramkę i dren. Sam tranzystor jest wykonany z półprzewodnika typu p o przewodności dziurowej, a półprzewodniki typu n o przewodności elektronicznej powstają w obszarach drenu i źródła. Naturalnie w wyniku dyfuzji dziur z obszaru p do obszaru n i odwrotnej dyfuzji elektronów z obszaru n do obszaru p powstają warstwy zubożone (warstwy, w których nie ma głównych nośników ładunku) na granicach przejściowych p- i n-regionów. W stanie normalnym, to znaczy, gdy do bramki nie jest przyłożone żadne napięcie, tranzystor jest w stanie „zablokowanym”, to znaczy nie jest w stanie przewodzić prądu ze źródła do drenu. Sytuacja nie zmienia się nawet po przyłożeniu napięcia między dren a źródło (nie uwzględniamy prądów upływu spowodowanych ruchem nośników ładunku mniejszościowego pod wpływem generowanych pól elektrycznych, czyli otworów dla region n i elektrony dla regionu p).

Jeśli jednak do bramki zostanie przyłożony potencjał dodatni (rys. 1), sytuacja zmieni się radykalnie. Pod wpływem pola elektrycznego bramki dziury są wpychane głęboko w p-półprzewodnik, a elektrony, przeciwnie, są wciągane do obszaru pod bramką, tworząc bogaty w elektrony kanał między źródłem a drenem. Jeśli do bramki zostanie przyłożone napięcie dodatnie, elektrony te zaczynają przemieszczać się ze źródła do drenu. W tym przypadku tranzystor przewodzi prąd - mówią, że tranzystor "otwiera się". Jeśli napięcie zostanie usunięte z bramki, elektrony przestaną być wciągane w obszar między źródłem a drenem, kanał przewodzący zostaje zniszczony, a tranzystor przestaje przepuszczać prąd, to znaczy „blokuje się”. W ten sposób, zmieniając napięcie na bramce, można włączyć lub wyłączyć tranzystor w taki sam sposób, jak włącza się lub wyłącza konwencjonalny przełącznik, kontrolując przepływ prądu przez obwód. Dlatego tranzystory są czasami nazywane przełącznikami elektronicznymi. Jednak w przeciwieństwie do konwencjonalnych przełączników mechanicznych, tranzystory CMOS praktycznie nie mają bezwładności i są w stanie przełączać się ze stanu włączenia do stanu wyłączenia biliony razy na sekundę! To właśnie ta cecha, czyli możliwość błyskawicznego przełączania, ostatecznie decyduje o szybkości procesora, na który składają się dziesiątki milionów takich prostych tranzystorów.

Tak więc nowoczesny układ scalony składa się z dziesiątek milionów najprostszych tranzystorów CMOS. Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo procesowi produkcji mikroukładów, którego pierwszym etapem jest przygotowanie podłoży krzemowych.

Krok 1. Rosnące puste miejsca

Tworzenie takich podłoży zaczyna się od wzrostu cylindrycznego monokryształu krzemu. Następnie z takich półfabrykatów monokryształowych (półfabrykatów) wycina się okrągłe płyty (wafle), których grubość wynosi około 1/40 cala, a średnica wynosi 200 mm (8 cali) lub 300 mm (12 cali). Są to podłoża krzemowe używane do produkcji mikroukładów.

Przy formowaniu wafli z monokryształów krzemu bierze się pod uwagę okoliczność, że dla idealnych struktur krystalicznych właściwości fizyczne w dużej mierze zależą od wybranego kierunku (właściwość anizotropii). Na przykład rezystancja podłoża krzemowego będzie różna w kierunku wzdłużnym i poprzecznym. Podobnie, w zależności od orientacji sieci krystalicznej, kryształ krzemu będzie różnie reagował na wszelkie wpływy zewnętrzne związane z jego dalszą obróbką (na przykład trawienie, rozpylanie itp.). Dlatego płytkę należy wyciąć z pojedynczego kryształu w taki sposób, aby orientacja sieci krystalicznej względem powierzchni była ściśle utrzymywana w określonym kierunku.

Jak już wspomniano, średnica półfabrykatu z monokryształu krzemu wynosi 200 lub 300 mm. Ponadto średnica 300 mm jest stosunkowo Nowa technologia, które omówimy poniżej. Oczywiste jest, że płyta o takiej średnicy może pomieścić znacznie więcej niż jeden chip, nawet jeśli mówimy o procesorze Intel Pentium 4. Rzeczywiście, na jednej takiej płycie podłoża powstaje kilkadziesiąt mikroukładów (procesorów), ale dla uproszczenia, rozważymy tylko niewielki obszar jednego przyszłego mikroprocesora.

Krok 2. Nałożenie ochronnej warstwy dielektryka (SiO2)

Po utworzeniu podłoża krzemowego rozpoczyna się etap tworzenia najbardziej złożonej struktury półprzewodnikowej.

W tym celu konieczne jest wprowadzenie do krzemu tzw. zanieczyszczeń donorowych i akceptorowych. Powstaje jednak pytanie – jak przeprowadzić wprowadzanie zanieczyszczeń według ściśle określonego wzorca-wzorca? Aby było to możliwe, miejsca, w których zanieczyszczenia nie są wymagane, zabezpiecza się specjalną warstwą dwutlenku krzemu, pozostawiając tylko te obszary, które są narażone na dalszą obróbkę (rys. 2). Proces tworzenia takiej folii ochronnej o pożądanym wzorze składa się z kilku etapów.

W pierwszym etapie cała płytka krzemowa jest całkowicie pokryta cienką warstwą dwutlenku krzemu (SiO2), który jest bardzo dobrym izolatorem i pełni rolę filmu ochronnego podczas dalszej obróbki kryształu krzemu. Wafle umieszczane są w komorze, w której pod wpływem wysokiej temperatury (od 900 do 1100°C) i ciśnienia tlen dyfunduje do warstw powierzchniowych wafla, prowadząc do utlenienia krzemu i utworzenia warstwy powierzchniowej dwutlenku krzemu. Aby folia dwutlenku krzemu miała dokładnie określoną grubość i nie zawierała defektów, konieczne jest ścisłe utrzymywanie stałej temperatury we wszystkich punktach płyty podczas procesu utleniania. Jeśli nie cały wafel ma być pokryty warstwą dwutlenku krzemu, wówczas na podłoże krzemowe nakładana jest maska ​​Si3N4, aby zapobiec niepożądanemu utlenianiu.

Krok 3 Zastosuj fotorezyst

Po pokryciu podłoża krzemowego warstwą ochronną z dwutlenku krzemu, konieczne jest usunięcie tej folii z miejsc, które będą poddawane dalszej obróbce. Folię usuwa się poprzez trawienie, a w celu zabezpieczenia pozostałych obszarów przed trawieniem na powierzchnię płyty nakładana jest warstwa tzw. fotomaski. Termin „fotomaska” odnosi się do kompozycji światłoczułych i odpornych na czynniki agresywne. Stosowane kompozycje muszą z jednej strony posiadać pewne właściwości fotograficzne (rozpuszczać się pod wpływem światła ultrafioletowego i wypłukiwać podczas procesu trawienia), a z drugiej strony rezystancyjne, aby wytrzymać trawienie w kwasach i alkaliach , ogrzewanie itp. Głównym celem fotorezystów jest stworzenie reliefu ochronnego o pożądanej konfiguracji.

Proces nakładania fotorezystu i jego dalszego naświetlania światłem ultrafioletowym zgodnie z zadanym wzorem nazywa się fotolitografią i obejmuje następujące główne operacje: tworzenie warstwy fotorezystu (obróbka podłoża, osadzanie, suszenie), tworzenie reliefu ochronnego (ekspozycja, wywoływanie, suszenie) i transfer obrazu na podłoże (trawienie, osadzanie itp.).

Przed nałożeniem warstwy fotorezystu (rys. 3) na podłoże, jest ono poddawane obróbce wstępnej, w wyniku której poprawia się jego przyczepność do warstwy fotorezystu. Aby nałożyć jednolitą warstwę fotorezystu, stosuje się metodę wirowania. Podłoże umieszcza się na obracającej się tarczy (wirówce) i pod wpływem sił odśrodkowych fotorezyst rozkłada się na powierzchni podłoża w niemal jednorodnej warstwie. (Mówiąc o praktycznie jednolitej warstwie, należy wziąć pod uwagę fakt, że pod działaniem sił odśrodkowych grubość powstałego filmu zwiększa się od środka do brzegów, jednak ten sposób nakładania fotorezystu pozwala wytrzymać wahania grubość warstwy w granicach ± ​​10%.)

Krok 4. Litografia

Po nałożeniu i wysuszeniu warstwy fotorezystu rozpoczyna się etap tworzenia niezbędnej ulgi ochronnej. Relief powstaje w wyniku tego, że pod działaniem promieniowania ultrafioletowego padającego na pewne obszary warstwy fotorezystu, ta ostatnia zmienia właściwości rozpuszczalności, na przykład oświetlone obszary przestają rozpuszczać się w rozpuszczalniku, co usuwa obszary warstwy, która nie została poddana oświetleniu lub odwrotnie - oświetlane obszary rozpuszczają się. W zależności od sposobu ukształtowania reliefu fotorezystywy dzielą się na negatyw i pozytyw. Ujemne fotorezystory pod działaniem promieniowania ultrafioletowego tworzą ochronne obszary reliefu. Przeciwnie, fotomaski pozytywowe pod wpływem promieniowania ultrafioletowego nabierają właściwości płynności i są wypłukiwane przez rozpuszczalnik. W związku z tym w obszarach, które nie są narażone na promieniowanie ultrafioletowe, tworzy się warstwa ochronna.

Do oświetlenia żądanych obszarów warstwy fotorezystu stosuje się specjalny szablon maski. Najczęściej do tego celu wykorzystuje się płytki ze szkła optycznego z elementami nieprzezroczystymi uzyskanymi metodą fotograficzną lub inną. W rzeczywistości taki szablon zawiera rysunek jednej z warstw przyszłego mikroukładu (w sumie może być kilkaset takich warstw). Ponieważ ten wzór jest punktem odniesienia, musi być wykonany z dużą precyzją. Dodatkowo biorąc pod uwagę fakt, że przy użyciu jednej fotomaski zostanie wykonanych wiele fototapet, musi być ona trwała i odporna na uszkodzenia. Z tego jasno wynika, że ​​fotomaska ​​to bardzo kosztowna rzecz: w zależności od złożoności mikroukładu może kosztować dziesiątki tysięcy dolarów.

Przechodzące przez taki wzór promieniowanie ultrafioletowe (rys. 4) oświetla tylko pożądane obszary powierzchni warstwy fotorezystu. Po naświetlaniu fotorezyst poddawany jest wywoływaniu, w wyniku którego usuwane są zbędne fragmenty warstwy. To otwiera odpowiednią część warstwy dwutlenku krzemu.

Mimo pozornej prostoty procesu fotolitograficznego to właśnie ten etap produkcji mikrochipów jest najtrudniejszy. Faktem jest, że zgodnie z przewidywaniami Moore'a liczba tranzystorów w jednym chipie rośnie wykładniczo (podwaja się co dwa lata). Taki wzrost liczby tranzystorów jest możliwy tylko dzięki zmniejszeniu ich wielkości, ale to właśnie zmniejszenie „opiera się” na procesie litografii. Aby zmniejszyć tranzystory, konieczne jest zmniejszenie wymiarów geometrycznych linii nałożonych na warstwę fotorezystu. Ale wszystko ma swoje granice – nie jest tak łatwo zogniskować wiązkę lasera w punkcie. Faktem jest, że zgodnie z prawami optyki falowej minimalna wielkość plamki, w której skupia się wiązka laserowa (w rzeczywistości nie jest to tylko plamka, ale wzór dyfrakcyjny) jest określana m.in. długość fali światła. Rozwój techniki litograficznej od czasu jej wynalezienia na początku lat 70. zmierzał w kierunku skracania długości fali światła. To właśnie umożliwiło zmniejszenie rozmiarów elementów układu scalonego. Od połowy lat 80. w fotolitografii stosuje się promieniowanie ultrafioletowe wytwarzane przez laser. Pomysł jest prosty: długość fali promieniowania ultrafioletowego jest krótsza niż długość fali światła widzialnego, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie drobniejszych linii na powierzchni fotorezystu. Do niedawna w litografii stosowano głębokie promieniowanie ultrafioletowe (Deep Ultra Violet, DUV) o długości fali 248 nm. Jednak gdy fotolitografia przekroczyła granicę 200 nm, pojawiły się poważne problemy, po raz pierwszy podające w wątpliwość możliwość dalszego wykorzystania tej technologii. Na przykład przy długości fali mniejszej niż 200 µm zbyt dużo światła jest pochłaniane przez warstwę światłoczułą, przez co proces przenoszenia szablonu obwodu do procesora staje się bardziej skomplikowany i wolniejszy. Takie problemy skłaniają badaczy i producentów do poszukiwania alternatyw dla tradycyjnej technologii litograficznej.

Nowa technologia litografii, zwana litografią EUV (Extreme UltraViolet - super twarde promieniowanie ultrafioletowe), opiera się na wykorzystaniu promieniowania ultrafioletowego o długości fali 13 nm.

Przejście z litografii DUV do EUV zapewnia ponad 10-krotne zmniejszenie długości fali i przejście do zakresu, w którym jest ona porównywalna z rozmiarami zaledwie kilkudziesięciu atomów.

Obecna technologia litograficzna pozwala na nanoszenie wzoru o minimalnej szerokości przewodnika 100 nm, natomiast litografia EUV umożliwia drukowanie linii o znacznie mniejszej szerokości - do 30 nm. Kontrolowanie ultrakrótkiego promieniowania nie jest tak łatwe, jak się wydaje. Ponieważ promieniowanie EUV jest dobrze pochłaniane przez szkło, nowa technologia polega na zastosowaniu serii czterech specjalnych wypukłych luster, które redukują i skupiają obraz uzyskany po nałożeniu maski (rys. 5 , , ). Każde takie lustro zawiera 80 pojedynczych warstw metalu o grubości około 12 atomów.

Krok 5 Trawienie

Po naświetleniu warstwy fotorezystu rozpoczyna się etap wytrawiania warstwy dwutlenku krzemu (ryc. 8).

Proces trawienia często kojarzy się z kąpielami kwasowymi. Ta metoda trawienia w kwasie jest dobrze znana radioamatorom, którzy samodzielnie wykonywali płytki drukowane. W tym celu na tekstolit foliowy nakłada się wzór torów przyszłej płyty lakierem, który działa jak warstwa ochronna, a następnie płytkę opuszcza się do kąpieli z kwasem azotowym. Zbędne fragmenty folii są wytrawiane, odsłaniając czysty tekstolit. Ta metoda ma szereg wad, z których główną jest brak możliwości dokładnej kontroli procesu usuwania warstwy, ponieważ na proces trawienia wpływa zbyt wiele czynników: stężenie kwasu, temperatura, konwekcja itp. Ponadto kwas oddziałuje z materiałem we wszystkich kierunkach i stopniowo wnika pod krawędź maski fotorezystu, czyli niszczy warstwy przykryte fotorezystem z boku. Dlatego w produkcji procesorów stosuje się metodę suchego trawienia, zwaną również plazmą. Metoda ta umożliwia dokładną kontrolę procesu trawienia, a zniszczenie wytrawionej warstwy następuje ściśle w kierunku pionowym.

Trawienie na sucho wykorzystuje zjonizowany gaz (plazmę) do usuwania dwutlenku krzemu z powierzchni płytki, który reaguje z powierzchnią dwutlenku krzemu, tworząc lotne produkty uboczne.

Po procedurze wytrawiania, to znaczy, gdy pożądane obszary czystego krzemu są odsłonięte, reszta fotowarstwy zostaje usunięta. W ten sposób na podłożu krzemowym pozostaje wzór dwutlenku krzemu.

Krok 6. Dyfuzja (implantacja jonów)

Przypomnijmy, że wcześniejszy proces formowania niezbędnego wzoru na podłożu krzemowym był wymagany w celu stworzenia struktur półprzewodnikowych we właściwych miejscach poprzez wprowadzenie zanieczyszczenia donora lub akceptora. Proces wbudowywania zanieczyszczeń odbywa się za pomocą dyfuzji (rys. 9), czyli równomiernego wbudowania atomów zanieczyszczeń w sieć krystaliczną krzemu. Aby uzyskać półprzewodnik typu n, zwykle stosuje się antymon, arsen lub fosfor. Aby uzyskać półprzewodnik typu p, jako zanieczyszczenie stosuje się bor, gal lub aluminium.

Implantacja jonów jest wykorzystywana w procesie dyfuzji domieszek. Proces implantacji polega na tym, że jony wymaganego domieszki są „wystrzeliwane” z wysokonapięciowego akceleratora i posiadając wystarczającą energię wnikają w powierzchniowe warstwy krzemu.

Tak więc pod koniec etapu implantacji jonów powstała niezbędna warstwa struktury półprzewodnikowej. Jednak w mikroprocesorach takich warstw może być kilka. Dodatkowa cienka warstwa dwutlenku krzemu jest hodowana w celu utworzenia kolejnej warstwy na powstałym schemacie obwodu. Następnie nakłada się warstwę krzemu polikrystalicznego i kolejną warstwę fotomaski. Promieniowanie ultrafioletowe przechodzi przez drugą maskę i podświetla odpowiedni wzór na warstwie fotograficznej. Następnie ponownie następują etapy rozpuszczania fotowarstwy, trawienia i implantacji jonów.

Krok 7 Rozpylanie i osadzanie

Nakładanie nowych warstw odbywa się kilkakrotnie, podczas gdy „okienka” pozostają na połączenia międzywarstwowe w warstwach, które są wypełnione atomami metali; w rezultacie na obszarach przewodzących kryształy powstają metalowe paski. Tak więc w nowoczesnych procesorach między warstwami tworzone są połączenia, które tworzą złożony trójwymiarowy schemat. Proces uprawy i obróbki wszystkich warstw trwa kilka tygodni, a sam cykl produkcyjny składa się z ponad 300 etapów. W rezultacie na płytce krzemowej powstają setki identycznych procesorów.

Aby wytrzymać uderzenia, którym poddawane są wafle podczas procesu nakładania warstw, podłoża krzemowe są początkowo wystarczająco grube. Dlatego przed pocięciem płyty na poszczególne procesory jej grubość zmniejsza się o 33%, a brud jest usuwany z odwrotnej strony. Następnie na tylną stronę podłoża nakładana jest warstwa specjalnego materiału, który poprawia przyczepność kryształu do obudowy przyszłego procesora.

Krok 8. Ostatni krok

Pod koniec cyklu formowania wszystkie procesory są dokładnie testowane. Następnie za pomocą specjalnego urządzenia wycina się z płytki podłoża określone kryształy, które już przeszły test (rys. 10).

Każdy mikroprocesor jest wbudowany w obudowę ochronną, która zapewnia również połączenie elektryczne chipa mikroprocesora z urządzeniami zewnętrznymi. Rodzaj opakowania zależy od typu i przeznaczenia mikroprocesora.

Po zamknięciu w obudowie każdy mikroprocesor jest ponownie testowany. Wadliwe procesory są odrzucane, a sprawne poddawane są testom warunków skrajnych. Procesory są następnie sortowane na podstawie ich zachowania przy różnych częstotliwościach zegara i napięciach zasilania.

Obiecujące technologie

Proces technologiczny wytwarzania mikroukładów (w szczególności procesorów) został przez nas rozpatrzony w bardzo uproszczony sposób. Ale nawet tak powierzchowna prezentacja pozwala zrozumieć trudności technologiczne, z którymi trzeba się zmierzyć, zmniejszając rozmiar tranzystorów.

Zanim jednak zastanowimy się nad nowymi obiecującymi technologiami, odpowiedzmy na pytanie postawione na samym początku artykułu: jaka jest norma projektowa procesu technologicznego i czym w rzeczywistości norma projektowa 130 nm różni się od normy 180 nm ? 130 nm lub 180 nm to charakterystyczna minimalna odległość między dwoma sąsiednimi elementami w jednej warstwie mikroukładu, czyli rodzaj stopnia siatki, z którym związane są elementy mikroukładu. Jednocześnie jest całkiem oczywiste, że im mniejszy jest ten charakterystyczny rozmiar, tym więcej tranzystorów można umieścić na tej samej powierzchni chipa.

Obecnie procesory Intela wykorzystują proces produkcyjny o wielkości 0,13 mikrona. Ta technologia jest używana do produkcji procesora Intel Pentium 4 z rdzeniem Northwood, procesora Intel Pentium III z rdzeniem Tualatin oraz procesora Intel Celeron. W przypadku zastosowania takiego procesu technologicznego użyteczna szerokość kanału tranzystora wynosi 60 nm, a grubość warstwy tlenku bramki nie przekracza 1,5 nm. W sumie procesor Intel Pentium 4 zawiera 55 milionów tranzystorów.

Wraz ze zwiększeniem gęstości tranzystorów w chipie procesora, technologia 0,13 mikrona, która zastąpiła 0,18 mikrona, ma inne innowacje. Po pierwsze wykorzystuje miedziane połączenia między poszczególnymi tranzystorami (w technologii 0,18 mikrona połączenia były aluminiowe). Po drugie, technologia 0,13 mikrona zapewnia mniejsze zużycie energii. Na przykład w przypadku technologii mobilnej oznacza to, że zużycie energii przez mikroprocesory spada, a żywotność baterii jest dłuższa.

Cóż, ostatnią innowacją, która została zawarta w przejściu do procesu technologicznego 0,13 mikrona, jest zastosowanie płytek krzemowych (wafel) o średnicy 300 mm. Przypomnijmy, że wcześniej większość procesorów i mikroukładów była produkowana na bazie płytek 200 mm.

Zwiększenie średnicy wafla obniża koszt każdego procesora i zwiększa uzysk produktów o odpowiedniej jakości. Rzeczywiście, powierzchnia wafla o średnicy 300 mm jest 2,25 razy większa od powierzchni odpowiednio wafla o średnicy 200 mm, a liczba procesorów uzyskanych z jednego wafla o średnicy 300 mm jest ponad dwukrotnie większy.

W 2003 roku spodziewane jest wprowadzenie nowego procesu technologicznego o jeszcze niższym standardzie konstrukcyjnym, jakim jest 90-nanometr. Nowa technologia procesowa, którą Intel będzie wytwarzał większość swoich produktów, w tym procesory, chipsety i sprzęt komunikacyjny, została opracowana w pilotażowej fabryce płytek 300 mm firmy Intel D1C w Hillsboro w stanie Oregon.

23 października 2002 r. firma Intel Corporation ogłosiła otwarcie nowego obiektu o wartości 2 miliardów dolarów w Rio Rancho w stanie Nowy Meksyk. Nowa fabryka, nazwana F11X, będzie wykorzystywać najnowocześniejszą technologię do produkcji procesorów na 300-milimetrowych waflach przy użyciu procesu projektowania 0,13 mikrona. W 2003 roku zakład zostanie przeniesiony do procesu technologicznego o standardzie projektowym 90 nm.

Ponadto Intel ogłosił już wznowienie budowy innego zakładu produkcyjnego w Fab 24 w Leixlip w Irlandii, który jest przeznaczony do wytwarzania elementów półprzewodnikowych na 300-milimetrowych waflach krzemowych z zastosowaniem 90 nm. Nowe przedsiębiorstwo o łącznej powierzchni ponad 1 miliona metrów kwadratowych. stóp ze szczególnie czystymi pokojami o powierzchni 160 tysięcy metrów kwadratowych. Oczekuje się, że stopy zostaną uruchomione w pierwszej połowie 2004 r. i zatrudni ponad tysiąc osób. Koszt obiektu to około 2 miliardy dolarów.

Proces 90 nm wykorzystuje szereg zaawansowanych technologii. Należą do nich najmniejsze na świecie masowo produkowane tranzystory CMOS o długości bramki 50 nm (rysunek 11), które zwiększają wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii, oraz najcieńsza warstwa tlenku bramki ze wszystkich kiedykolwiek wyprodukowanych tranzystorów — tylko 1,2 nm (rysunek 12). lub mniej niż 5 warstw atomowych oraz pierwsze w branży wdrożenie wysokowydajnej technologii krzemu obciążonego.

Spośród wymienionych cech, być może tylko pojęcie „krzemu naprężonego” wymaga komentarza (rys. 13). W takim krzemie odległość między atomami jest większa niż w konwencjonalnym półprzewodniku. To z kolei pozwala prądowi płynąć swobodniej, podobnie jak pojazdy z szerszymi pasami poruszają się swobodniej i szybciej.

W wyniku wszystkich innowacji wydajność tranzystorów poprawia się o 10-20%, przy jednoczesnym zwiększeniu kosztów produkcji tylko o 2%.

Ponadto proces 90 nm wykorzystuje siedem warstw na chip (Rysunek 14), o jedną warstwę więcej niż proces 130 nm oraz połączenia miedziane.

Wszystkie te cechy w połączeniu z 300-milimetrowymi płytkami krzemowymi zapewniają firmie Intel korzyści w zakresie wydajności, objętości i kosztów. Konsumenci również odnoszą korzyści, ponieważ nowa technologia procesowa firmy Intel pozwala branży rozwijać się zgodnie z prawem Moore'a, stale poprawiając wydajność procesora.

Żeton

Nowoczesne układy scalone przeznaczone do montażu natynkowego.

Radzieckie i zagraniczne mikroukłady cyfrowe.

całka(ang. Układ scalony, układ scalony, mikroukład, mikroukład, układ krzemowy lub układ scalony), ( mikro)schemat (IC, IC, m/s), żeton, mikroczip(Język angielski) żeton- chip, chip, chip) - urządzenie mikroelektroniczne - układ elektroniczny o dowolnej złożoności, wykonany na krysztale półprzewodnikowym (lub folii) i umieszczony w nierozłącznej obudowie. często pod układ scalony(IC) zrozumieć rzeczywisty kryształ lub film z obwodem elektronicznym i poniżej mikroczip(MS) - IP w etui. Jednocześnie określenie „elementy chipowe” oznacza „elementy do montażu powierzchniowego” w przeciwieństwie do elementów do tradycyjnego lutowania przez otwory w płycie. Dlatego bardziej poprawne jest powiedzenie „mikroukład chipowy”, co oznacza mikroukład do montażu powierzchniowego. Obecnie (rok) większość mikroukładów jest produkowana w obudowach natynkowych.

Fabuła

Wynalezienie mikroukładów rozpoczęło się od badania właściwości cienkich warstw tlenkowych, które przejawiają się w efekcie słabej przewodności elektrycznej przy niskich napięciach elektrycznych. Problem polegał na tym, że w punkcie styku dwóch metali nie było kontaktu elektrycznego lub miał on właściwości polarne. Głębokie badania tego zjawiska doprowadziły do ​​odkrycia diod, a później tranzystorów i układów scalonych.

Poziomy projektowe

• Fizyczny - metody realizacji jednego tranzystora (lub małej grupy) w postaci domieszkowanych stref na krysztale.
• Elektryczne - schemat obwodu (tranzystory, kondensatory, rezystory itp.).
• Logika - układ logiczny (falowniki logiczne, elementy OR-NOT, AND-NOT itp.).
• Poziom obwodu i systemu - obwody inżynierii obwodów i systemów (przerzutniki, komparatory, enkodery, dekodery, ALU itp.).
• Topologiczno - topologiczne fotomaski do produkcji.
• Poziom programu (dla mikrokontrolerów i mikroprocesorów) - instrukcje asemblera dla programisty.

Obecnie większość układów scalonych opracowywana jest w CAD, co pozwala zautomatyzować i znacznie przyspieszyć proces pozyskiwania fotomasek topologicznych.

Klasyfikacja

Stopień integracji

Zamiar

Układ scalony może mieć pełną, dowolnie złożoną funkcjonalność - aż do całego mikrokomputera (mikrokomputer jednoukładowy).

Obwody analogowe

• Generatory sygnału
• Mnożniki analogowe
• Tłumiki analogowe i regulowane wzmacniacze
• Stabilizatory zasilania
• Mikroukłady sterujące zasilaczy impulsowych
• Konwertery sygnału
• Schematy czasowe
• Różne czujniki (temperatury itp.)

Obwody cyfrowe

• Elementy logiczne
• Konwertery buforowe
• Moduły pamięci
• (Mikro)procesory (w tym procesor w komputerze)
• Mikrokomputery jednoukładowe
• FPGA — programowalne układy logiczne logiczne

Cyfrowe układy scalone mają szereg zalet w porównaniu z układami analogowymi:

• Zmniejszone zużycie energii związane z wykorzystaniem impulsowych sygnałów elektrycznych w elektronice cyfrowej. Przy odbieraniu i przetwarzaniu takich sygnałów elementy aktywne urządzeń elektronicznych (tranzystory) pracują w trybie „klucza”, czyli tranzystor jest albo „otwarty” – co odpowiada sygnałowi wysokiego poziomu (1), albo „zamknięty” - (0), w pierwszym przypadku na tranzystorze nie ma spadku napięcia, w drugim - nie płynie przez niego prąd. W obu przypadkach pobór mocy jest bliski 0, w przeciwieństwie do urządzeń analogowych, w których tranzystory przez większość czasu znajdują się w stanie pośrednim (rezystancyjnym).
• Wysoka odporność na hałas urządzenia cyfrowe wiążą się z dużą różnicą między sygnałami o wysokim (na przykład 2,5 - 5 V) i niskim (0 - 0,5 V) poziomie. Przy takiej ingerencji możliwy jest błąd, gdy wysoki poziom jest postrzegany jako niski i odwrotnie, co jest mało prawdopodobne. Ponadto w urządzeniach cyfrowych możliwe jest stosowanie specjalnych kodów, które pozwalają korygować błędy.
• Duża różnica między sygnałami o wysokim i niskim poziomie oraz dość szeroki zakres ich dopuszczalnych zmian sprawia, że ​​technologia cyfrowa niewrażliwy ze względu na nieuniknione rozproszenie parametrów elementów w technologii zintegrowanej, eliminuje konieczność doboru i konfiguracji urządzeń cyfrowych.

Współczesny świat jest tak skomputeryzowany, że praktycznie nie można sobie wyobrazić naszego życia bez istnienia urządzeń elektronicznych, które towarzyszą nam we wszystkich sferach naszego życia i działalności.
A postęp nie stoi w miejscu, ale stale się poprawia: urządzenia stają się mniejsze i stają się potężniejsze, bardziej pojemnościowe i bardziej wydajne. Technologia jest sercem tego procesu. produkcja mikroprocesorów, który w uproszczonej wersji jest połączeniem kilku bez obudowy diod, triod, tranzystorów, rezystorów i innych aktywnych elementów elektronicznych (czasami ich liczba w jednym mikroukładzie sięga kilku milionów), połączonych jednym obwodem.

Kryształy półprzewodnikowe (krzem, german, tlenek hafnu, arsenek galu) są podstawą do produkcji wszystkich mikroukładów. Na nich wykonywane są wszystkie połączenia elementów i międzyelementów. Najpopularniejszym z nich jest krzem, który pod względem właściwości fizykochemicznych jest najbardziej odpowiednim do tych celów półprzewodnikiem. Faktem jest, że materiały półprzewodnikowe należą do klasy o przewodności elektrycznej znajdującej się między przewodnikami a izolatorami. I mogą pełnić rolę przewodników i dielektryków, w zależności od zawartości w nich innych zanieczyszczeń chemicznych.

Powstają mikroukłady poprzez sekwencyjne tworzenie różnych warstw na cienkiej płytce półprzewodnikowej, które są wstępnie polerowane i mechanicznie lub chemicznie poddawane lustrzanemu wykończeniu. Jego powierzchnia musi koniecznie być idealnie gładka na poziomie atomowym.

Etapy wideo produkcji chipów:

Przy formowaniu warstw, ze względu na to, że wzory naniesione na powierzchnię płyty są tak małe, materiał, który następnie tworzy wzór, nakłada się natychmiast na całą powierzchnię, a następnie usuwa niepotrzebne w procesie fotolitografii.

Fotolitografia to jeden z głównych etapów produkcja mikroprocesorów i przypomina nieco produkcję fotograficzną. Na powierzchnię wcześniej nałożonego materiału nakładany jest również równą warstwą specjalny materiał światłoczuły (fotomaska), który następnie jest suszony. Następnie, poprzez specjalną fotomaskę, na powierzchnię warstwy rzutowany jest niezbędny wzór. Pod wpływem światła ultrafioletowego poszczególne odcinki fotomaski zmieniają swoje właściwości - staje się ona mocniejsza, więc odcinki nienapromieniowane są następnie usuwane. Ta metoda rysowania jest tak skuteczna w swojej dokładności, że będzie używana przez długi czas.

Następnie następuje proces połączenia elektrycznego między tranzystorami w mikroukładach, łącząc tranzystory w oddzielne komórki, a komórki w oddzielne bloki. Interkonekty powstają w kilku metalowych warstwach gotowych mikroukładów. Miedź jest używana głównie jako materiał do produkcji warstw, a złoto jest używane do szczególnie wydajnych obwodów. Liczba warstw połączeń elektrycznych zależy od mocy i wydajności tworzonego mikroukładu - im mocniejszy, tym więcej zawiera tych warstw.

W ten sposób uzyskuje się złożoną trójwymiarową strukturę mikroukładu elektronicznego o grubości kilku mikronów. Następnie obwód elektroniczny pokryty jest warstwą materiału dielektrycznego o grubości kilkudziesięciu mikronów. Otwarte są w nim tylko pola kontaktowe, przez które do mikroukładu doprowadzane są następnie moc i sygnały elektryczne z zewnątrz. Do dna przymocowany jest wafel krzemowy o grubości setek mikronów.

Pod koniec procesu produkcyjnego kryształy na wafelku są indywidualnie testowane. Następnie każdy chip jest pakowany we własną obudowę, za pomocą której można go podłączyć do innych urządzeń. Niewątpliwie rodzaj opakowania zależy od przeznaczenia chipa i sposobu jego wykorzystania. Opakowane chipy przechodzą główny etap testu warunków skrajnych: narażenie na działanie temperatury, wilgotności, elektryczności. I już zgodnie z wynikami testów są odrzucane, sortowane i klasyfikowane zgodnie ze specyfikacjami.

Wideo - wycieczka po fabryce, w której produkowane są mikroukłady:

Masz pomysł na biznes? Na naszej stronie internetowej możesz obliczyć jego rentowność online!