Современное производство процессоров – настоящее произведение технологического искусства. Масштаб и сложность процесса поражают: в современных чипах миллиарды транзисторов, которые необходимо связать друг с другом миллиардами крошечных соединений в правильной последовательности. Каждый транзистор – сложный «сэндвич» из полупроводников разных типов, изоляторов и металлических контактов.
Фотолитография, травление и осаждение: ключевые процессы
Ключ к созданию процессоров – три основных процесса: фотолитография, травление и осаждение. Они лежат в основе создания не только процессоров, но и экранов (LED, LCD), фотокамер, модемов, датчиков и других устройств. Фотолитография создаёт трёхмерный рисунок на поверхности чипа, подобно разметке участка перед строительством дома.
Травление: удаление материала
Травление – процесс удаления материала из определённых областей, аналогичный работе экскаватора, выкапывающего траншею по разметке. Глубина «вытравливания» зависит от глубины траншеи. Существуют два вида травления: мокрое и сухое.
Мокрое травление использует раствор, химически реагирующий и растворяющий необходимый материал. Недостаток – неравномерность травления и «подтравливание» под маской. Сухое травление использует плазму – ионизированный газ. Ионы, ускоренные электрическим полем, врезаются в материал и разрушают его поверхность (ионная бомбардировка), или же химически реагируют с ним, образуя летучие соединения. Например, при травлении кремния или нитрида галлия используется плазма из гексафторида серы в смеси с аргоном или кислородом. Маска защищает нужные области. Этот метод позволяет получать идеально гладкие вертикальные отверстия различных форм и глубин, обрабатывая всю поверхность пластины одновременно.
Осаждение: создание слоёв
Осаждение – процесс нанесения различных материалов: металлов (например, меди для контактов), изоляторов или других полупроводников. Основные методы: физическое и химическое осаждение из газовой фазы (CVD).
Физическое осаждение аналогично конденсации водяного пара на холодной поверхности. Для нанесения вольфрама используется электронно-лучевая технология: сфокусированный луч электронов испаряет вольфрам, и пар конденсируется на поверхности чипа. Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) использует химические реакции на поверхности чипа, приводящие к осаждению материала. Этот метод применяется при создании органических светодиодов и гибких OLED-экранов.
Травление и осаждение могут проводиться одновременно для нескольких пластин, каждая из которых содержит сотни или тысячи процессоров.
Даже базовые процессы производства процессоров демонстрируют невероятные технологии. Существуют и другие передовые методы, такие как атомно-слоевое осаждение (ALD) и ионная имплантация. Все процессы требуют создания глубокого вакуума, значительно более глубокого, чем в космосе. Производство современных микросхем – сложный и увлекательный процесс, полный технологических чудес.