Интегральные микросхемы, полупроводники

Интегральные микросхемы делают на поверхности кремний (Si) используется потому, что он является наиболее подходящим для этих целей полупроводником. Полупроводники — это класс материалов, чья электрическая проводимость находится посреди между проводимостью проводников и изоляторов (диэлектриков). Кремний также может выступать как в качестве диэлектрика, так и в качестве проводника — в зависимости от количества и типа присутствующих в нем примесей других химических элементов. Впрочем, в редких случаях вместо кремния применяют и другие материалы. В частности, Intel умеет внедрять в свой 90-нм техпроцесс биполярные транзисторы с гетеропереходами HBT на кремний-германии (SiGe) путем последовательного создания различных слоев на тонкой -меньше миллиметра круглой длиной до 30 см кремниевой пластине, именуемой подложкой. Тонкие пластины нарезаются из тяжеленой длинной цилиндрической болванки монокристаллического кремния, которая выращивается специальным способом. Затем пластины полируются до зеркального блеска механическими и химическими методами. «Рабочая» поверхность пластины должна быть гладкой и совершенной на атомарном уровне и иметь весьма точную кристаллографическою ориентацию. Слои формируются при помощи различных процессов с использованием химических реактивов, газов и света. Производство современных микропроцессоров является сложным процессом, состоящим из трехсот с лишним шагов — более двадцати слоев соединены между собой, дабы сформировать схему микропроцессора с трехмерной структурой. Точное число слоев на подложке зависит от дизайн-проекта конкретного процессора. Сотни идентичных микропроцессоров создаются на одной кремниевой подложке и на финальной стадии разрезаются на отдельные прямоугольные кристаллы — чипы.
Процессы формирования различных слоев и рисунков элементов микросхемы на подложке достаточно хитроумны, однако в их основе лежит одна простая идея: поскольку характерные размеры создаваемого рисунка настолько малы ну например, ячейка кэш-памяти процессора на 90-нм ядре Prescott в сто раз меньше красной кровяной клетки, а один ее транзистор — величиной с вирус гриппа, что осаждать те или иные материалы в нужных местах просто невозможно, поступают проще — материал осаждают сразу на всю поверхность подложки, а затем его аккуратно удаляют из тех мест, где он не нужен. Кристаллы микросхем должны производиться в условиях контролируемого и очень чистого воздуха. Поскольку функциональные элементы на микрочипах очень малы, любая чужеродная частица пыль или дым, попавшая на пластину с будущими микросхемами на промежуточных стадиях ее производства, способна вывести из строя целый кристалл. Чистые комнаты классифицируются по размеру и количеству микрочастиц, присутствующих в единице объема кубическом футе, примерно равном одной тридцатой части кубометра воздуха. «Чистая комната» управляет чистотой воздуха путем фильтрации поступающего воздуха, удалением грязи с установок, ламинарным перемещением воздуха от потолка к полу примерно за шесть секунд, регулировкой влажности и температуры. Люди в «чистых комнатах» ходят в специальных скафандрах, закрывающих, в том числе, весь волосяной покров, а в ряде случаев — даже с собственной системой дыхания. Для устранения вибраций чистые комнаты располагаются на собственном ветрозащитном фундаменте.