Як створюються чіпи
Виробництво чіпів полягає в накладенні тонких шарів зі складним "візерунком" на кремнієві підкладки. Спочатку створюється ізолюючий шар, який працює як електричний затвор. Зверху потім накладається Фоторезістівний матеріал, а небажані ділянки видаляються за допомогою масок і високоінтенсивного опромінення. Коли опромінені ділянки будуть видалені, під ними відкриються ділянки діоксиду кремнію, який видаляється за допомогою травлення. Після цього видаляється і Фоторезістівний матеріал, і ми отримуємо певну структуру на поверхні кремнію. Потім проводяться додаткові процеси фотолитографии, з різними матеріалами, поки не буде отримана бажана тривимірна структура. Кожен шар можна легувати певним речовиною або іонами, змінюючи електричні властивості. У кожному шарі створюються вікна, щоб потім підводити металеві з'єднання.
Що стосується виробництва підкладок, то з цільного монокристалла-циліндра їх необхідно нарізати тонкими "млинцями", щоб потім легко розрізати на окремі кристали процесорів. На кожному кроці виробництва виконується складне тестування, що дозволяє оцінити якість. Для тестів кожного кристала на підкладці використовуються електричні зонди. Нарешті, підкладка розрізається на окремі ядра, неробочі ядра відразу ж відсіваються. Залежно від характеристик, ядро стає тим чи іншим процесором і полягає в упаковку, яка полегшує установку процесора на материнську плату. Всі функціональні блоки проходять через інтенсивні стрес-тести.
Все починається з підкладок
Перший крок у виробництві процесорів виконується в чистій кімнаті. До речі, важливо відзначити, що подібне технологічне виробництво являє собою скупчення величезної капіталу на квадратний метр. На будівництво сучасного заводу з усім обладнанням легко "відлітають" 2-3 млрд. Доларів, та й на тестові прогони нових технологій потрібно кілька місяців. Тільки потім завод може серійно випускати процесори.
Загалом, процес виробництва чіпів складається з декількох кроків обробки підкладок. Сюди входить і створення самих підкладок, які в підсумку будуть розрізані на окремі кристали.
виробництво підкладок
Все починається з вирощування монокристалів, для чого початковий кристал впроваджується в ванну з розплавленим кремнієм, який знаходиться трохи вище точки плавлення полікристалічного кремнію. Важливо, щоб кристали росли повільно (приблизно день), щоб гарантувати правильне розташування атомів. Полікристалічний або аморфний кремній складається з безлічі різномастих кристалів, які приведуть до появи небажаних поверхневих структур з поганими електричними властивостями. Коли кремній буде розплавлений, його можна легувати за допомогою інших речовин, що змінюють його електричні властивості. Весь процес відбувається в герметичному приміщенні зі спеціальним повітряним складом, щоб кремній, що не окислюється.
Монокристал розрізається на "млинці" за допомогою кільцевої алмазної пилки, яка дуже точна і не створює великих нерівностей на поверхні підкладок. Звичайно, при цьому поверхню підкладок все одно не ідеально плоска, тому потрібні додаткові операції.
Спочатку за допомогою обертових сталевих пластин і абразивного матеріалу (такого, як оксид алюмінію), знімається товстий шар з підкладок (процес називається притиранням). В результаті усуваються нерівності розміром від 0,05 мм до, приблизно, 0002 мм (2 000 нм). Потім слід закруглити краю кожної підкладки, оскільки при гострих крайках можуть відшаровуватися шари. Далі використовується процес травлення, коли за допомогою різних хімікатів (плавикова кислота, оцтова кислота, азотна кислота) поверхню згладжується ще приблизно на 50 мкм. Фізично поверхня не погіршується, оскільки весь процес повністю хімічний. Він дозволяє видалити залишилися похибки в структурі кристала, в результаті чого поверхня буде близька до ідеалу.
Останній крок - полірування, яка згладжує поверхню до нерівностей, максимум, 3 нм. Полірування здійснюється за допомогою суміші гідроксиду натрію і гранульованого діоксиду кремнію.
Легування, дифузія
Ми вже згадували легування, яке виконується під час росту монокристала. Але легування проводиться і з готовою підкладкою, і під час процесів фотолітографії пізніше. Це дозволяє змінювати електричні властивості певних областей і шарів, а не всієї структури кристала
Додавання легуючого речовини може відбуватися через дифузію. Атоми легирующего речовини заповнюють вільний простір усередині кристалічної решітки, між структурами кремнію. У деяких випадках можна легувати і існуючу структуру. Дифузія здійснюється за допомогою газів (азот і аргон) або за допомогою твердих речовин або інших джерел легирующего речовини.
Ще один підхід до легування полягає в іонної імплантації, яка дуже корисна в справі зміни властивостей поверхні, яка була легирована, оскільки іонна імплантація здійснюється при звичайній температурі. Тому існуючі домішки трохи дифундують. На підкладку можна накласти маску, яка дозволяє обробляти тільки певні області. Звичайно, про іонної імплантації можна говорити довго і обговорювати глибину проникнення, активацію добавки при високій температурі, канальні ефекти, проникнення в оксидні рівні і т.д. але це виходить за рамки нашої статті. Процедуру можна повторювати кілька разів під час виробництва.