Как се произвежда „чип“ Public
Игнасио Мартил
Професор по електроника в Университета Комплутенсе в Мадрид и член на Кралското испанско физическо общество
Интегралната схема, която в англосаксонската терминология се нарича „чип“, е едно от устройствата, оказали най-голямо влияние върху ежедневието ни. Устройства като мобилен телефон, персонален компютър, сърфиране в интернет, дори съвременните автомобили, биха били немислими без интегралната схема (IC). Производството на един от тях е изключително сложна и деликатна процедура, при която се сближават голям брой процеси, различни материали, правила за дизайн и т.н. Микроелектронната технология, която го прави възможно, трябва да се разбира като набор от правила за проектиране, материали и технологични процеси, които, приложени в определена последователност, позволяват да се получи едно от тези устройства. В зависимост от конкретното приложение, за което ще се използва, броят на технологичните стъпки, които трябва да се извършат за неговото производство, може далеч да надхвърли броя от 500.
В предишна статия описах произхода и по-късното му развитие. В това ще се съсредоточа върху описанието на изискванията, на които трябва да отговаря производствената среда, основните процеси и крайния резултат: ИС.
1. Околната среда: „ чиста стая"
Първото нещо, което се откроява в процеса на получаване на IC, е изискването за чистота на околната среда, където се произвеждат, което е изключително ограничително. Тази среда се нарича „чиста стая“ и условията в нея са такива, че за сравнение операционната зала (място с изключителна асептика) изглежда като блато.
За да се постигнат тези условия на изключително висока чистота, чистата стая трябва да бъде частично херметично място, където въздухът, който влиза в нея, предварително се филтрира, за да се елиминират голяма част от праховите частици, които са в суспензия в обикновената атмосфера. Заедно с този процес на филтриране, операторите, отговарящи за операцията и работата вътре, трябва да носят специални костюми, които предотвратяват контакта на човешката кожа с околната среда, тъй като тялото непрекъснато отделя мъртви кожни клетки, коса и т.н. Всички те биха могли да замърсят производствената среда и да направят IC нежизнеспособна.
Следващата фигура показва схематично и действително изображение на чиста стая:
Чистите помещения се класифицират според степента на чистота на околната среда в различни класове, последвани от число, което показва броя на суспендираните частици във всеки кубичен метър въздух; колкото по-нисък е класът, толкова по-малък е броят на частиците и следователно, толкова по-висока е чистотата на производствената среда [1]. В чистата стая са разположени всички машини, необходими за производството на интегралната схема, чийто процес ще опиша много схематично по-долу.
2. Вътре в чистата стая: процесите
Наборът от технологии, материали, правила за проектиране и др. участва в производството на IC е с изключителна сложност. Фигурата показва диаграма на производствената последователност на едно такова устройство:
Схематична диаграма на различните производствени фази на интегрална схема, от проектирането, до производството, капсулирането и окончателното изпитване. Всички процеси, които са в централния правоъгълник на изображението, се извършват в чистата стая
По същество интегралната схема е устройство, което включва в едно парче полупроводник (което в по-голямата част от търговските интегрални схеми е силиций), наречено вафла, множество елементи от електронна схема: резистори, кондензатори, транзистори от различни видове, взаимно свързващи метали, изолационни слоеве между елементи и др. За да се дефинира всеки един от тези компоненти, както и техните взаимовръзки, е необходимо да се извършат редица операции, които по същество са следните:
i) Допинг ("Имплант")
Този процес включва селективно към вафлата атоми на елементи, различни от силиций, което позволява да се променят електрическите му свойства по контролиран начин. Извършва се с йонни имплантатори, машини, които генерират йони на химичните елементи, които трябва да бъдат включени, като ги ускоряват до много високи енергии. Ускорените йони се вграждат в силиция, като успяват да модифицират неговите електрически свойства.
ii) Фотолитография с дефиниция на компонент („Фотолитография“)
Етимологично „фотолитография“ означава ецване със светлина (фотони) върху камъка, тоест върху полупроводниковата пластина. Това е една от най-критичните и съществени стъпки в производството на интегрални схеми. Чрез фотолитографията геометричните модели се прехвърлят на повърхността на полупроводника, което позволява да се определят съставните елементи, техните взаимовръзки и електрическата изолация между тях. Фотолитографските процеси са пречка за микроелектронната технология и нейното грандиозно развитие е това, което доведе до голяма степен, че размерите на компонентите са толкова изненадващо малки. На следващото изображение показвам някои подробности за този процес: