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.
Перший етап - вирощування монокристала. Для цього 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 дуже точною алмазної пилки, що не створює великих нерівностей на поверхні підкладок. Звичайно, при цьому поверхня підкладок все одно не ідеально плоска, тому потрібні додаткові операції. Монокристали представлені на малюнку 1. (Додаток А).
Спочатку за допомогою обертових сталевих пластин і абразивного матеріалу (такого, як оксид алюмінію), знімається товстий шар з підкладок (процес називається притиранням). У результаті усуваються нерівності розміром від 0,05 мм до, приблизно, 0,002 мм (000 нм). Потім слід закруглити краю кожної підкладки, оскільки при гострих крайках можуть відшаровуватися шари. У результаті усуваються нерівності розміром від 0,05 мм до, приблизно, 0,002 мм (2000 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.
Сьогодні підкладки для мікропроцесорів мають діаметр 200 або 300 мм, що дозволяє виробникам чіпів отримувати з кожною з них безліч процесорів. Наступним кроком будуть 450-мм підкладки, але раніше 2013 року очікувати їх не слід. У цілому, чим більше діаметр підкладки, тим більше можна призвести чіпів однакового розміру. 300-мм підкладка, наприклад, дає більш ніж у два рази більше процесорів, ніж 200-мм.
Легування і дифузія.
Легування, яке виконується під час росту монокристалу, вже згадувалося. Але легування виробляється і з готовою підкладкою, і під час процесів фотолітографії пізніше. Це дозволяє міняти електричні властивості певних областей і шарів, а не всієї структури кристала. Додавання легуючого речовини може відбуватися через дифузію. Атоми легуючого 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 легуючого речовини.
Створення маски.
Щоб створити ділянки інтегральної схеми, використовується процес фотолітографії. Оскільки при цьому потрібно опромінювати не всю поверхню підкладки, то важливо використовувати так звані маски, які пропускають випромінювання високої інтенсивності тільки на певні ділянки. Маски можна порівняти з чорно-білим негативом. Інтегральні схеми мають безліч шарів (20 і більше), і для кожного з них потрібно своя маска. Структура з тонкої хромової плівки наноситься на поверхню пластини з кварцового скла, щоб створити шаблон. При цьому дорогі інструменти, що використовують потік електронів або лазер, прописують необхідні дані інтегральної схеми, в результаті чого виходить шаблон з хрому на поверхні кварцової підкладки. Важливо розуміти, що кожна модифікація інтегральної схеми призводить до необхідності виробництва нових масок, тому весь процес внесення правок дуже витратний.
Фотолітографія.
За допомогою фотолітографії на кремнієвій підкладці формується структура. Процес повторюється кілька разів, поки не буде створено безліч шарів (більше 20). Шари можуть складатися з різних матеріалів, причому, потрібно ще і продумувати з'єднання мікроскопічними тяганиною. Всі шари можна легувати. Перед тим, як п...
