09/02/17 Микросхемы особенности современного производства

Без электроники не обходится ни одна область современной промышленности. Со временем электронные устройства становятся все меньше и меньше. При этом их функционал не только не уменьшается, но и увеличивается. Происходит это благодаря использованию интегральных микросхем. Микросхемы пришли на смену транзисторным блокам, и совершили прорыв в электронике. Теперь год от года, они совершенствуются, становятся меньше, функциональней, сложнее. Совершенствуется и технология изготовления. Рассмотрим как сейчас изготавливают микросхемы Maxim.

Первый этап выращивание болванки

Болванка нужна для того, чтобы создать подложку, на которой будет нанесена микросхема.  Подложка изготавливается из тонких пластинок монокристалла кремния. Для получения таких пластин, сначала выращивается кристалл в форме цилиндра. Затем этот кристалл разрезается на тоненькие пластинки определенной толщины и диаметра. В этом процессе нужно учитывать особенности кристалла кремния. Например: его продольное сопротивление, будет отличаться от поперечного. Кроме этого другие свойства. Которые используются при производстве микросхем, тоже будут зависеть в значительной степени от направления кристаллической решетки. Поэтому пластинки должны быть нарезаны с точным направлением кристаллической решетки.

На втором этапе наносится диэлектрик в виде пленки для защиты

На этом этапе возникает необходимость на подложку нанести сложную структуру из полупроводников. Это делается с помощью добавления в кремниевую подложку примесей донорского и акцепторного типа. И эти примеси должны быть нанесены в определенных местах, точно по схеме. Но в некоторых местах примесей быть не должно, там должен быть диэлектрик. Потому сначала диэлектрик наносится на всю поверхность подложки. В качестве диэлектрика используется пленка SiO2.  Делается это в специальных камерах, с высокой температурой, около тысячи градусов. Под воздействием такой температуры кремниевая подложка вступает в реакцию с кислородом и образует тончайшую пленку из диэлектрика SiO2.  Для соблюдения одинаковой толщины пленки по всему кристаллу, необходимо в точности соблюдать температурный режим во всех его частях.

На третьем этапе наносится защитный слой фоторезистива

Удаление защитной пленки в определенных местах осуществляется при помощи травления. А для защиты участков диэлектрика от травления и наносится фоторезистив. Он наносится на подложку тонким равномерным слоем в специальной центрифуге. Фоторезистив обладает свойством растворяться под воздействием ультрафиолетовых лучей.

На четвертом этапе происходит литография

Этот этап является наиболее сложным в производстве микропроцессоров. На этом этапе слой фоторезистива облучается по специальному шаблону, который соответствует слою микросхемы. У микросхемы может быть множество слоев, до нескольких сотен. При облучении в определенных местах строго по маске, происходит растворение фоторезистива. И он получается нанесен не целым слоем, а только в необходимых местах по маске. Для создания световой маски облучения, чаще всего используют стекла с затемнениями в виде рисунка слоя микропроцессора.

На пятом этапе происходит травление диэлектрика

Этот процесс осуществляется с помощью ионизированного газа, плазмы. Этим способом можно осуществить травление гораздо точнее, чем с помощью растворов кислот. С помощью плазмы удаляется пленка диэлектрика с подложки, в тех местах, где нет слоя фоторезистива. После этого удаляется слой фоторезистива. В итоге получается подложка с нанесенным на ней рисунком из пленки диэлектрика.

На шестом этапе происходит диффузное внедрение донорской и акцепторной примеси

На этом этапе с помощью специального ускорителя высоковольтного типа, происходит выстреливание ионов вещества в подложку.  У ионов высокая энергия и они вступают в связи с кремниевой подложкой, образуя диффузный слой. Для создания разных переходов используются разные вещества. В итоге получается слой полупроводника p-типа или n-типа. это зависит от вещества, которым ионизировалась кремниевая подложка. После этого слой готов, но далее могут быть следующие слои. Для создания новых слоев процесс повторяется. Выращивается тонкий слой диоксида кремния. Затем наносится слой диэлектрика. А на него по рисунку наносится фотрезистив.

На седьмом этапе наносят новые слои и подготавливается подложка для разрезания

Далее происходит несколько раз нанесение слоев микропроцессора. Чтобы слои были связаны между собою, в определенных местах заполняется металл, образуя металлические полоски. Этот процесс может протекать до нескольких недель и насчитывать сотни операций.  Затем толщина подложки уменьшается примерно на тридцать процентов. Во время уменьшения толщины с задней стороны подложки также убирается загрязненность. А затем наносится специальный состав, который в будущем поможет креплению кристалла на корпусе.

Восьмой заключительный этап

На этом этапе происходит тестирование процессоров. Протестированные процессоры вырезаются из пластины и устанавливаются в специальные корпуса. Корпус осуществляет связь процессоров с внешними устройствами. После установки в корпус происходит повторное тестирование процессоров и сортировка.