Как се правят интегрални схеми

Появата на интегрални схеми направи истинска технологична революция в електрониката и ИТ индустрията. Изглежда, че само преди няколко десетилетия за прости електронни изчисления бяха използвани огромни компютърни компютри, заемащи няколко стаи и дори цели сгради.

Тези компютри съдържаха много хиляди електронни лампи, които за своята работа изискваха колосална електрическа енергия и специални охладителни системи. Днес те са заменени от компютри на интегрални схеми.

Всъщност интегралната схема представлява сбор от много полупроводникови компоненти с микроскопични размери, поставени върху субстрат и опаковани в миниатюрен калъф.

Един модерен чип с големина на човешки пирон може да съдържа няколко милиона диода, транзистори, резистори, свързващи проводници и други компоненти вътре, които в старите дни биха изисквали пространството на доста голям хангар за тяхното поставяне.

Не е нужно да стигате далеч за примери, например процесорът i7 съдържа над три милиарда транзистори на площ по-малка от 3 квадратни сантиметра! И това не е границата.

След това ще разгледаме основата на процеса на създаване на чипове. Микросхемата се оформя по планарна (повърхностна) технология чрез литография. Това означава, че той сякаш се отглежда от полупроводник върху силициев субстрат.

Първата стъпка е да се приготви тънка силиконова вафла, която се получава от силиконов монокристал чрез изрязване от цилиндричен детайл с помощта на диск с диамантено покритие. Плочата се полира при специални условия, за да се избегне замърсяване и прах.

След това плочата се окислява - излага се на кислород при температура около 1000 ° С, за да се получи на повърхността й слой от силен диелектричен филм от силициев диоксид с дебелина на необходимия брой микрони. Дебелината на така получения оксиден слой зависи от времето на излагане на кислород, както и от температурата на субстрата по време на окисляване.

След това върху слоя силициев диоксид се нанася фоторезист - фоточувствителен състав, който след облъчване се разтваря в определено химично вещество. На фоторезиста е поставен шаблон, фотомаска с прозрачни и непрозрачни участъци. След това се излага плоча с фоторезист, приложен към нея - тя се осветява с източник на ултравиолетово лъчение.

В резултат на експозицията онази част от фоторезиста, която е била под прозрачните участъци на фотомаската, променя химичните си свойства и вече може лесно да се отстрани заедно със силициевия диоксид под нея със специални химикали, като се използва плазма или друг метод - това се нарича офорт. В края на офорта незащитените (осветени) места на вафлата се почистват от открития фоторезист и след това от силициев диоксид.

След ецване и пречистване от неосветения фоторезист на онези части от субстрата, върху които е останал силициев диоксид, те започват епитаксия - нанасят слоеве от желаното вещество с дебелина един атом върху силиконовата вафла. Такива слоеве могат да се нанасят толкова, колкото е необходимо. След това плочата се нагрява и се извършва дифузия на йони на определени вещества, за да се получат р и n-региони. Борът се използва като акцептор, а арсен и фосфор се използват като донори.

В края на процеса се извършва метализация с алуминий, никел или злато, за да се получат тънки проводими филми, които ще действат като свързващи проводници за транзистори, диоди, резистори, израснали върху субстрата в предишните етапи и др.По същия начин се извеждат подложки за монтиране на микросхемата върху печатаната платка.

Вижте също: Легендарни аналогови чипове