Как делают микросхемы?
Что может быть проще, чем обычный песок, и что может сравниться по сложности с компьютерными микросхемами? Между тем кремний как раз и является исходным материалом для производства интегральных схем, которые сегодня управляют всеми электронными устройствами, начиная от суперкомпьютеров и заканчивая сотовыми телефонами и микроволновыми печами.
Превращение песка в крошечные устройства, включающие в себя миллионы компонентов, - величайшее достижение ученых и инженеров, казавшееся совершенно невозможным всего полвека тому назад, до изобретения в 1947 году сотрудниками лаборатории Bell Labs транзистора. Кремний - естественный полупроводник. При определенных условиях он способен проводить электричество, в других же случаях выступает в роли изолятора. Электрические свойства кремния можно изменять, добавляя в него различные примеси. Этот процесс называется легированием. Подобные добавки превращают кремний в идеальный материал для изготовления транзисторов - простейших устройств, видоизменяющих электрические сигналы. Транзисторы могут также выполнять функции переключателей, комбинация которых позволяет реализовать логические операции "и", "или", "не".
Микросхемы выпускаются на заводах, в строительство которых необходимо вложить многие миллиарды долларов. На заводе песок плавится и очищается, превращаясь в однородные слитки кремния с чистотой 99,9999%. Специальные ножи разрезают слитки на пластины толщиной с мелкую монету и диаметром в несколько дюймов. Пластины очищаются и шлифуются. Каждая из них служит для изготовления множества микросхем. Этот и последующий этапы выполняются в так называемой "чистой" комнате, в которой особо тщательно следят за отсутствием пыли и других инородных тел.
Непроводящий слой диоксида кремния на поверхности кремниевой пластины расширяется и покрывается светочувствительным химическим соединением.
Это соединение (фоторезист) подвергается воздействию ультрафиолетового облучения через специальный шаблон, или маску, для закрепления участков, обработанных излучением.
Необработанные области протравливаются горячим газом, который обнажает подложку диоксида кремния, находящуюся внизу. Подложка и нижний слой кремния вытравливаются для получения пластины нужной толщины.
Фоторезист, задействованный в процессе фотолитографии, впоследствии удаляется, оставляя на микросхеме рельефные выступы, конфигурация которых повторяет схему цепи, представленную в маске. Электрическую проводимость отдельных компонентов микросхемы также можно изменить за счет легирования их специальным химическим составом при высокой температуре и давлении. Процедура фотолитографии с использованием различных масок, за которой следует вытравливание и легирование, повторяется для каждой микросхемы многократно. Таким образом на каждом этапе мы получаем все более сложную интегральную схему.
Для формирования проводников, которые связывают отдельные компоненты, вытравленные ранее на микросхеме, она покрывается тонким слоем металла (как правило, это алюминий или медь). После этого путем литографии и вытравливания удаляется весь металл, за исключением тоненьких проводников. Иногда на микросхему накладывается несколько слоев проводников, разделенных стеклянными изоляторами.
