Полный процесс fabricación интегральных схем: от кремниевой подложки к микросхеме

Суть интегрального производства

Фабрикация интегральных схем (IC fabrication) — создание нанослоев полупроводникового материала на подложке (обычно кремний) с атомарной химической модификацией для формирования транзисторов, конденсаторов, резисторов, диодов. Превосходство над дискретной сборкой: миллиарды компонентов на кв. см (стан на 2011 г.) за счет фото-литографии и травления в чип-фабриках.

Эволюция плотности интеграции

• 1959 г. — первая микросхема: десятки компонентов.
• 1960-е — сотни компонентов.
• 1969 г. — первый настоящий микропроцессор: тысячи компонентов.
• 2011 г. — чипы пары см: миллионы транзисторов/конденсаторов. Микропроцессоры и память (преимущественно транзисторы) — миллиарды компонентов/кв. см.

Технологический процесс: фото-литография и допинг

1. Маскировка: создают маску (паттерн схемы), свет через неё на вейфер со слоем фоторезиста. Облученные/замаскированные зоны реагируют (позитивный/негативный фоторезист). Высвобождается тонкий слой интерконнектов с шириной длины волны света (УФ или рентген).
2. Допинг: имплантация атомов фосфора/бора в кремний → P- и N-зоны (положительный/отрицательный заряд). На границе — p-n переход (~100 нм, размер эритроцита). Химическая настройка переходов делает их транзисторами, резисторами, конденсаторами, диодами.

Многослойность и контроль качества

Современные чипы — множество слоев схем, наслаиваемых друг на друга с изолирующими и металлическими интерконнектами. Бракованный вейфер утилизируют — ремонт невозможен. Высокий процент брака компенсируется огромной стоимостью годных чипов. IC контролируют всю современную электронику (2011): компьютеры, телефоны, бытовая техника, авто/авиа системы, умные устройства (будильники, термостаты).