Hogyan készítenek egy "chipet" Nyilvános
Ignacio Mártil
Elektronikus professzor a madridi Complutense Egyetemen és a Spanyol Királyi Fizikai Társaság tagja
Az integrált áramkör, amelyet az angolszász terminológiában „chipnek” neveznek, az egyik eszköz, amely leginkább befolyásolta mindennapjainkat. Az olyan eszközök, mint a mobiltelefon, a személyi számítógép, az internetes böngészés, még a mai autókban sem képzelhetők el az integrált áramkör (IC) nélkül. Egyikük gyártása rendkívül összetett és kényes eljárás, amelyben nagyszámú folyamat, különböző anyagok, tervezési szabályok stb. Az ezt lehetővé tevő mikroelektronikai technológiát a tervezési szabályok, anyagok és technológiai folyamatok összességeként kell érteni, amelyek bizonyos sorrendben alkalmazva lehetővé teszik az ilyen eszközök egyikének megszerzését. A gyártáshoz szükséges technológiai lépések száma az alkalmazástól függően messze meghaladhatja az 500-at.
Egy korábbi cikkemben leírtam annak eredetét és későbbi fejlődését. Ebben arra összpontosítok, hogy leírjam azokat a követelményeket, amelyeknek a gyártási környezetnek meg kell felelniük, a főbb folyamatokat és a végeredményt: az IC-t.
1. A környezet: a „ tiszta szoba"
Az első dolog, ami kiemelkedik az IC megszerzésének folyamatában, az a környezet tisztaságának követelménye, ahol gyártják, ami rendkívül korlátozó. Ezt a környezetet "tiszta helyiségnek" nevezik, és a körülmények olyanok, hogy ehhez képest a műtő (rendkívüli aszepszis helye) mocsárnak tűnik.
Ezen rendkívül nagy tisztaságú feltételek elérése érdekében a tiszta helyiségnek részben hermetikus helynek kell lennie, ahol a belépő levegőt előzőleg megszűrik, hogy megszüntesse a szokásos légkörben szuszpenzióban lévő porszemcsék nagy részét. Ezzel a szűrési folyamattal együtt a műveletért és a bent végzett munkáért felelős kezelőnek speciális öltönyt kell viselnie, amely megakadályozza, hogy az emberi bőr kapcsolatba kerüljön a környezettel, mert a test folyamatosan elhullja az elhalt hámsejteket, hajat stb. Mindez szennyezheti a gyártási környezetet, és életképtelenné teheti az IC-t.
A következő ábra a tiszta helyiség vázlatos és tényleges képét mutatja:
A tiszta helyiségeket a környezet tisztaságának mértéke szerint osztályozzák a különböző osztályokba, majd egy szám követi, amely jelzi a szuszpenzióban lévő részecskék számát minden köbméter levegőben; minél alacsonyabb az osztály, annál alacsonyabb a részecskék száma, következésképpen annál magasabb a gyártási környezet tisztasága [1]. A tiszta helyiségben található az IC gyártásához szükséges összes gép, amelynek folyamatát az alábbiakban nagyon sematikusan ismertetem.
2. A tiszta helyiség belsejében: a folyamatok
A technológiák, anyagok, tervezési szabályok stb. az IC gyártásában részt vesz, rendkívül összetett. Az ábra egy ilyen eszköz gyártási sorrendjét mutatja:
Az IC különböző gyártási fázisainak sematikus rajza, a tervezéstől a gyártáson át, a kapszulázásig és a végső tesztelésig. A kép központi téglalapján belüli összes folyamat a tiszta helyiségben zajlik
Lényegében az IC olyan eszköz, amely egy félvezetőt (amely a kereskedelmi IC-k túlnyomó többségében szilíciumot tartalmaz) tartalmaz, ostyának nevezve, egy elektronikus áramkör elemeinek sokaságának: ellenállásoknak, kondenzátoroknak, különféle tranzisztoroknak. típusok, összekapcsolódó fémek, az elemek közötti szigetelőrétegek stb. Ezen elemek mindegyikének, valamint összekapcsolásának meghatározásához olyan műveletek sorozatát kell végrehajtani, amelyek lényegében a következők:
i) Dopping ("implantátum")
Ez a folyamat szelektíven beépíti az ostyába a szilíciumtól eltérő elemek atomjait, ami lehetővé teszi annak elektromos tulajdonságainak szabályozott módosítását. Ionimplantátorokkal hajtják végre, olyan gépekkel, amelyek a beépítendő kémiai elemek ionjait úgy generálják, hogy azokat nagyon nagy energiákra gyorsítják fel. A felgyorsult ionok beépülnek a szilíciumba, ezzel módosítva annak elektromos tulajdonságait.
ii) Komponensdefiníciós fotolitográfia („fotolitográfia”)
Etimológiailag a "fotolitográfia" azt jelenti, hogy fénynel (fotonokkal) marják a követ, vagyis a félvezető ostyát. Ez az egyik legkritikusabb és legfontosabb lépés az IC gyártásában. Fotolitográfia segítségével a geometriai minták átkerülnek a félvezető felületére, amelyek lehetővé teszik az alkotó elemek, azok összekapcsolódásának és a köztük lévő elektromos szigetelésnek a meghatározását. A fotolitográfiai folyamatok jelentik a mikroelektronikai technológia szűk keresztmetszetét, és látványos fejlődése vezetett nagy mértékben, hogy az alkatrészek méretei olyan meglepően kicsiek. A következő képen bemutatom a folyamat néhány részletét: