İnteqral sxemlərin yaranması elektronika və İT sənayesində gerçək bir texnoloji inqilab etdi. Yalnız bir neçə on il əvvəl, ən sadə elektron hesablamalar üçün bir neçə otağı və hətta bütün binaları əhatə edən nəhəng lampa kompüterlərindən istifadə edildiyi görünür.

Bu kompüterlərdə böyük miqdarda tələb olunan minlərlə vakuum borusu var idi elektrik gücü və xüsusi soyutma sistemləri. Bu gün onları inteqral sxemlərə əsaslanan kompüterlər əvəz edir.

Əslində, inteqrasiya edilmiş bir dövrə substratın üzərinə qoyulmuş və miniatür paketə qoyulmuş çoxsaylı mikroskopik yarımkeçirici komponentlərin məcmusudur.

İnsan dırnağının böyüklüyündə olan tək bir müasir çip içərisində bir neçə milyon diod, tranzistor, müqavimət, qurğuşun telləri və keçmişdə yerləşməsi üçün kifayət qədər böyük bir anqar boşluğunu tələb edəcək digər komponentlər ola bilər.

Nümunələr üçün uzağa baxmağa ehtiyac yoxdur, məsələn, i7 prosessoru 3 kvadrat santimetrdən az bir ərazidə üç milyarddan çox tranzistor ehtiva edir! Və bu limit deyil.

Sonra, indi çip yaratmaq prosesinin əsaslarını nəzərdən keçirəcəyik. Mikrosxem, planoqrafiya ilə planar (yerüstü) texnologiya ilə formalaşır. Bu, sanki bir silikon substrat üzərində bir yarımkeçiricidən böyüdülməsi deməkdir.

İlk addım, almaz örtüklü bir disk istifadə edərək silindrik bir iş parçasından kəsilərək tək bir silikon kristalından əldə edilən nazik bir silikon gofret hazırlamaqdır. Plitə çirklənməməsi və toz olmaması üçün xüsusi şərtlər altında cilalanmışdır.

Bundan sonra lövhə oksidləşir - səthində lazımi mikron sayında qalınlığa malik silikon dioksidin güclü bir dielektrik filmi qatını əldə etmək üçün təxminən 1000 ° C temperaturda oksigenə məruz qalır. Beləliklə əldə edilən oksid qatının qalınlığı oksigenə məruz qalma müddətindən və oksidləşmə zamanı substratın istiliyindən asılıdır.

Daha sonra, silikon dioksid qatına bir fotorezist tətbiq olunur - şüalanmadan sonra müəyyən bir kimyəvi maddədə həll olunan işığa həssas bir kompozisiya. Fotorezist üzərində bir stencil qoyulur - şəffaf və qeyri-şəffaf sahələri olan bir fotomask. Sonra üzərinə tətbiq olunan fotorezist olan lövhə ifşa olunur - ultrabənövşəyi şüalanma mənbəyi ilə işıqlandırılır.

Məruz qalma nəticəsində fotorezistin fotomaskin şəffaf sahələrinin altında olan hissəsi dəyişir kimyəvi xassələri, və indi plazma və ya başqa bir metoddan istifadə edərək xüsusi kimyəvi maddələrlə altındakı silikon dioksid ilə asanlıqla təmizlənə bilər - buna aşındırma deyilir. Aşındırma sonunda, gofretin fotorezistlə qorunmayan (məruz qalmış) sahələri məruz qalmış fotorezistdən, daha sonra silikon dioksiddən çıxarılır.

Silikon dioksidin qaldığı substratın yandırılmasından və təmizlənməsindən sonra işıqlandırılmamış fotorezistdən epitaksi başlayır - bir atom qalınlığında istənilən maddənin təbəqələri silikon gofretə tətbiq olunur. Bu qədər təbəqə tətbiq oluna bilər. Sonra lövhə qızdırılır və p və n bölgələrini əldə etmək üçün müəyyən maddələrin ionlarının diffuziyası aparılır. Bor qəbuledici olaraq, arsenik və fosfor isə donor olaraq istifadə olunur.

Prosesin sonunda, əvvəlki mərhələlərdə substratda böyüdülmüş tranzistorlar, diodlar, rezistorlar və s. Üçün birləşdirici ötürücü rolunu oynayacaq nazik keçirici filmlər əldə etmək üçün alüminium, nikel və ya qızılla metalizasiya aparılır.Mikrosirkulun quraşdırılması üçün əlaqə yastıqları eyni şəkildə çıxarılır. çap olunmuş lövhədə.

Mikro dövrə, müəyyən bir işi yerinə yetirməyə qadir olan bir elektron cihazdır və ya onun bir hissəsidir. Bir çox mikrosxemlərin ayrı-ayrı elementlərdə, tranzistorlarda həll etdiyi belə bir problemi həll etmək lazım olsaydı, cihaz 1 santimetr 5 santimetr ölçüsündə kiçik bir düzbucaq yerinə bütün kabineti tutacaq və daha az etibarlı olardı. Ancaq yarım yüz il əvvəl kompüterlər belə görünürdü!

Elektron idarəetmə kabineti - şəkil

Əlbətdə ki, mikrosxemin işləməsi üçün yalnız ona enerji vermək kifayət deyil "sözdə bədən dəsti”, Yəni lövhədəki köməkçi hissələr, mikrosxirin öz funksiyasını yerinə yetirə biləcəyi.

Çip gövdəsi dəsti - rəsm

Yuxarıdakı şəkildə, mikrosxem özü qırmızı ilə vurğulanmışdır, digər hissələri hamısı " bədən dəsti”. Çox vaxt iş zamanı mikrosxemlər qızır, stabilizatorların, mikroprosessorların və digər cihazların mikrosxemləri ola bilər. Bu vəziyyətdə, mikro dövrənin yanmaması üçün radiatora yapışdırılmalıdır. Əməliyyat zamanı istiləşməli olan mikrosxemlər dərhal xüsusi bir soyuducu lövhə ilə dizayn olunur - ümumiyyətlə mikrosirkelin arxasında yerləşən və radiatora tam oturmalı səth.

Ancaq əlaqədə, diqqətlə cilalanmış bir istilik batareyası və plaka da hələ də mikroskopik boşluqlara sahib olacaq, nəticədə mikro dövrədən gələn istilik daha az təsirli bir şəkildə soyuducuya ötürüləcəkdir. Bu boşluqları doldurmaq üçün istilik keçirən bir pastadan istifadə olunur. Radiatoru üstünə düzəltmədən əvvəl kompüter prosessoruna qoyduğumuz şey. Ən çox istifadə edilən pastalardan biri CBT-8.

Mikro dövrələrdəki gücləndiricilər 1-2 axşamda sanki lehimlənə bilər və kompleks tənzimləmə və tunerin yüksək keyfiyyətinə ehtiyac olmadan dərhal işə başlayırlar. Avtomobil gücləndiricilərinin mikrosxemləri haqqında da demək istərdim, gövdə dəstindən bəzən sanki 4-5 hissə olur. Belə bir gücləndiricini müəyyən bir dəqiqliklə yığmaq üçün hətta çap olunmuş bir elektron karta ehtiyac yoxdur (istənilsə də) və hər şeyi səthə quraşdıraraq, mikrosxemin sancaqlarına yığa bilərsiniz.

Doğrudur, montajdan sonra dərhal belə bir gücləndirici yerləşdirmək daha yaxşıdır, çünki belə bir dizayn etibarsızdır və tellərin təsadüfən qısa qapanması halında mikro dövrə asanlıqla yandırıla bilər. Buna görə bütün başlayanlar üçün tövsiyə edirəm, bir az daha çox vaxt sərf etsinlər, ancaq çap olunmuş bir lövhə düzəltsinlər.

Mikro dövrələrdə tənzimlənən enerji təchizatı - stabilizatorların istehsalı tranzistorlardakı analoji olanlardan daha asandır. Ən sadə LM317 mikro dövrə ilə neçə hissənin əvəz olunduğuna baxın:

Çap olunmuş lövhələrdəki mikrosxemlər elektron cihazlarah ya birbaşa çap parçalarına lehimlənə bilər, ya da xüsusi yuvalara əkilə bilər.

Daldırma çipi üçün yuva - şəkil

Fərq ondadır ki, ilk halda, mikrosirkeli əvəz edə bilmək üçün əvvəlcə buxarlanmalıyıq. İkincisi də, mikrosirkeli yuvaya qoyduğumuzda, mikrosirkeli yuvadan çıxarmalıyıq və asanlıqla başqası ilə əvəz edilə bilər. Kompüterdəki mikroprosessorun dəyişdirilməsinin tipik bir nümunəsi.

Bundan əlavə, məsələn, bir cihazı çap olunmuş bir elektron karta bir mikrokontrolör üzərində yığdığınız və devre içi proqramlaşdırma təmin etmədiyiniz təqdirdə, mikrosxemin özünü taxtaya deyil, içərisinə qoyulmuş yuvaya lehimlədiyiniz təqdirdə, mikrosxem çıxarıla bilər və xüsusi bir proqramçı lövhəsinə qoşula bilər. ...

Bu cür lövhələrdə, proqramlaşdırma üçün fərqli mikrokontrolör qutuları üçün yuvalar artıq lehimlənmişdir.

Analoq və rəqəmsal mikrosxemlər

Rəqəmsal siqnal birinin və sıfırın, yüksək və aşağı səviyyəli siqnalların ardıcıllığıdır. Yüksək səviyyə, pinə 5 volt və ya buna yaxın bir gərginlik tətbiq etməklə təmin edilir, aşağı səviyyə gərginlik və ya 0 volt deyil.

Mikro dövrələr də var ADC (analoq - rəqəmsal çevirici) və DAC (rəqəmsal - analoq çevirici) siqnalın analoqdan rəqəmsal və ya əksinə çevrildiyi. Tipik bir ADC nümunəsi elektrik ölçülən dəyərləri çevirmək və multimetr ekranında göstərmək üçün bir multimetrdə istifadə olunur. Aşağıdakı şəkildə ADC hər tərəfdən gələn izləri olan qara bir damardır.

Mikro nəzarətçilər

Bu, hər ikisində də istehsal edilə bilən xüsusi bir mikrosirkildir Daldırma belədir SMD yaddaşında, sözdə bir proqramın yazıla biləcəyi bir icra Hex fayl... Bu, xüsusi bir proqram kodu redaktorunda yazılmış tərtib edilmiş bir proqram təminatı sənədidir. Ancaq proqram təminatını yazmaq kifayət deyil, köçürməlisiniz, mikro nəzarətçinin yaddaşına yandırın.

Proqramçı - şəkil

Bu məqsədlə xidmət edir proqramçı... Çoxlarının bildiyi kimi çoxları var fərqli növlər mikrotrollar - AVR, PIC və digərləri, müxtəlif növlər üçün fərqli proqramçılara ehtiyacımız var. Orada da var və hər kəs bilik və imkanları baxımından uyğun birini tapıb düzəldə biləcək. Proqramçıyı özünüz etmək istəmirsinizsə, onlayn mağazada hazır birini ala bilərsiniz və ya Çindən sifariş verə bilərsiniz.

Yuxarıdakı şəkildə SMD paketindəki mikrokontrolör göstərilir. Mikro nəzarətçiləri istifadə etməyin üstünlükləri nələrdir? Əvvəllər, bir cihazı ayrı elementlər və ya mikrosxemlər üzərində tərtib edərkən və yığarkən, cihazın işini bir çox hissədən istifadə edərək çap edilmiş bir elektron kart üzərində müəyyən, tez-tez mürəkkəb bir əlaqə vasitəsilə qurduq. İndi mikrokontroller üçün eyni proqramı, tez-tez mikrokontroller istifadə etmədən bir dövrə nisbətən daha sürətli və daha etibarlı edəcək bir proqram yazmaq kifayətdir. Mikro nəzarətçi, I / O portları, ekranı və sensorları birləşdirmək və digər cihazları idarə etmək qabiliyyətinə sahib olan bütün bir kompüterdir.

Əlbətdə ki, mikrosxemlərin yaxşılaşdırılması bununla bitməyəcək və 10 il içində həqiqətən "" sözündən mikro dövrələr olacağını düşünə bilərik mikro"- milyardlarla tranzistor və digər elementləri, ölçüsündə bir neçə atomu ehtiva edən gözə görünməz - o zaman həqiqətən ən mürəkkəb elektron cihazların yaradılması təcrübəsiz radio həvəskarları üçün də mümkün olacaq! Qısa icmalımız sona çatdı, AKV.

Çiplər məqaləsini müzakirə edin

Onsuz müasir insanın varlığını təsəvvür etmək çətindir? Əlbəttə ki, müasir texnologiya olmadan. Bəzi şeylər həyatımıza o qədər, çox darıxdırıcı gəldi. İnternet, TV, mikrodalğalı sobalar, soyuducular, paltaryuyan maşınlar - bunsuz müasir dünyanı və təbii ki, özünüzü onda təsəvvür etmək çətindir.

Bugünkü texnologiyanın demək olar ki, hamısını həqiqətən faydalı və zəruri edən nədir?

Hansı ixtira irəliləməyə ən geniş imkanlar verdi?

İnsanın ən əvəzolunmaz kəşflərindən biri də mikro dövrələrin istehsalı texnologiyasıdır.

Onun sayəsində müasir texnologiya o qədər kiçikdir. Yığcam və rahatdır.

Evin sığacağını hamımız bilirik böyük məbləğ mikro dövrələrdən ibarət olan şeylər. Çoxları şalvar cibinə girir və yüngüldür.

Tikanlı yol

Alimlər nəticə əldə etmək və mikro dövrəni əldə etmək üçün uzun illər çalışdılar. Müasir soyuducunun tamamilə mürəkkəb və mürəkkəb sxemlərdən ibarət olmasına baxmayaraq başlanğıc dövrlər bugünkü standartlara görə çox böyük idi, soyuducudan daha böyük və ağır idi. Belə bir şey yoxdur! Biri kiçikdir, amma köməyi ilə köhnələrindən üstünlüyü üstündür. Kəşf bir sıçrayış etdi, elm və texnikanın daha da inkişafına təkan verdi, bir sıçrayış edildi. Mikro dövrələrin istehsalı üçün avadanlıq buraxıldı.

Avadanlıq

Mikro dövrələrin istehsalı asan bir iş deyil, amma insanın istehsal vəzifəsini mümkün qədər sadə edən texnologiyalara sahib olması yaxşıdır. Mürəkkəbliyə baxmayaraq, dünyada hər gün çox sayda çip istehsal olunur. Onlar daim təkmilləşdirilir, yeni xüsusiyyətlər və təkmilləşdirilmiş xüsusiyyətlər əldə edirlər. Bu kiçik, lakin ağıllı sistemlər necə yaranır? Buna, həqiqətən, aşağıda müzakirə olunan mikrosxemlərin istehsalı üçün avadanlıq kömək edir.

Mikrosxemlər yaradarkən elektrokimyəvi çökmə sistemləri, yuyucu kameralar, laboratoriya oksidləşdirici kameralar, mis elektrodepozisiya sistemləri, fotolitoqrafiya və digər texnoloji avadanlıqlardan istifadə olunur.

Fotolitografik avadanlıqlar maşınqayırmada ən bahalı və dəqiqdir. Nəzərdə tutulan çip topologiyasını yaratmaq üçün silikon substratda şəkillər yaratmaqdan məsuldur. Fotorezist, sonradan bir fotomask və optik sistemlə şüalanan ince bir material qatına tətbiq olunur. Avadanlıqların istismarı zamanı naxış elementlərinin ölçüsü azalır.

Yerləşdirmə sistemlərində aparıcı rolu xətti elektrik mühərriki və tez-tez lazer interferometri oynayır rəy... Ancaq, məsələn, Moskvanın "Amfora" laboratoriyası tərəfindən hazırlanmış texnologiyada belə bir əlaqə yoxdur. Bu yerli avadanlıq, daha dəqiq hərəkətə və hər iki tərəfdə hamar təkrarlanmağa imkan verir ki, bu da əks reaksiya ehtimalını aradan qaldırır.

Xüsusi filtrlər maskanı dərin ultrabənövşəyi ərazidən gələn istidən qoruyur və uzun aylar boyunca istiliyi 1000 dərəcədən çox keçir.

Çox qatlı örtüklərə tətbiq edildikdə aşağı enerjili ionlar assimilyasiya olunur. Əvvəllər bu iş yalnız maqnitron püskürmə üsulu ilə həyata keçirilirdi.

Çip istehsal texnologiyası

Bütün yaradılış prosesi yarımkeçirici kristalların seçilməsi ilə başlayır. Ən aktual olanı silikondur. İncə yarımkeçirici gofret güzgü şəklində cilalanmışdır. Gələcəkdə məcburi bir yaradılış mərhələsi şəkil çəkərkən ultrabənövşəyi şüalardan istifadə edərək fotolitoqrafiya olacaqdır. Bu, mikro dövrələrin istehsalı üçün maşına kömək edir.

Mikrosirkul nədir? Bu, nazik silikon gofretlərdən hazırlanmış çox qatlı bir tortdur. Hər birinə müəyyən bir nümunə tətbiq olunur. Bu rəsm fotolitoqrafiya mərhələsində yaradılmışdır. Plitələr diqqətlə 700 dərəcədən çox olan xüsusi bir avadanlıqda yerləşdirilir. Atəş etdikdən sonra su ilə yuyulur.

Çox qatlı bir lövhənin yaradılması prosesi iki həftəyə qədər davam edir. Fotolitoqrafiya istənilən nəticə əldə olunana qədər dəfələrlə aparılır.

Rusiyada mikrosxemlərin yaradılması

Bu sahədəki yerli alimlərin də rəqəmsal mikrosxemlərin istehsalı üçün öz texnologiyaları var. Müvafiq profildəki bitkilər ölkə daxilində fəaliyyət göstərir. Çıxışda spesifikasiyalar digər ölkələrin rəqiblərindən çox aşağı deyillər. Bir neçə əyalətdə rus mikrosxemlərinə üstünlük verilir. Qərb istehsalçılarından daha aşağı olan sabit qiymət sayəsində.

Yüksək keyfiyyətli mikrosxemaların istehsalı üçün zəruri komponentlər

Mikro dövrələr hava təmizliyini idarə edən sistemlərlə təchiz olunmuş otaqlarda yaradılır. Yaratmanın bütün mərhələlərində xüsusi filtrlər məlumat toplayır və havanı emal edir və bununla da əməliyyat otaqlarından daha təmiz olur. İstehsalda işləyənlər tez-tez daxili oksigen təchizatı sistemi ilə təchiz olunmuş xüsusi qoruyucu kombinezon taxırlar.

Çip istehsalıdır gəlirli iş... Bu sahədə yaxşı mütəxəssislər həmişə tələb olunur. Demək olar ki, bütün elektronika mikrosxemlərdən istifadə olunur. Müasir avtomobillər onlarla təchiz olunmuşdur. Kosmik gəmilər içərisində mikro dövrələrin olması olmadan işləyə bilməzdi. İstehsal prosesi mütəmadi olaraq yaxşılaşdırılır, keyfiyyəti yaxşılaşır, imkanlar genişlənir, saxlama müddəti artır. Mikrosxemlər yüzlərlə il deyil, onlarla ildir aktual olacaqdır. Onların əsas vəzifəsi Yer üzündə və xaricində fayda verməkdir.

Mikrosxemlər necə hazırlanır

bu iki texnologiya arasındakı əsas fərqin nə olduğunu başa düşmək üçün müasir prosessorların və ya inteqral sxemlərin istehsal texnologiyasına qısa bir ekskursiya etmək lazımdır.

Məktəb fizikası kursundan bildiyiniz kimi, müasir elektronikada inteqral sxemlərin əsas komponentləri p tipli və n tipli yarımkeçiricilərdir (keçiriciliyin növündən asılı olaraq). Yarımkeçirici keçiriciliyinə görə dielektrikləri üstələyən, lakin metallardan aşağı olan bir maddədir. Hər iki yarımkeçirici növü təmiz formada (daxili yarıkeçirici deyilən) elektrik cərəyanı yaxşı keçirməyən silikona (Si) əsas götürülə bilər, lakin müəyyən bir qüsurun silikona əlavə edilməsi (tətbiqi) onun keçirici xüsusiyyətlərini kökündən dəyişdirməyə imkan verir. İki növ çirk var: donor və akseptor. Donor çirkliliyi n tipli yarımkeçiricilərin elektron keçiricilik tipinə, qəbuledici çirklənmə dəlik tipli keçiriciliyə malik p tipli yarımkeçiricilərin əmələ gəlməsinə səbəb olur. P- və n-yarımkeçiricilərin təmasları müasir mikro dövrələrin əsas struktur elementləri olan tranzistorlar yaratmağa imkan verir. CMOS tranzistorları adlanan bu cür tranzistorlar iki əsas vəziyyətdə ola bilər: açıq, elektrik cərəyanı keçirdikdə və qapalı olduqda, elektrik cərəyanı keçirmədikdə. CMOS tranzistorları müasir mikrosxemlərin əsas elementləri olduğundan, bunlar haqqında daha ətraflı danışaq.

Bir CMOS tranzistoru necə işləyir

Ən sadə n tipli CMOS tranzistorun üç elektrodu var: mənbə, qapı və drenaj. Transistorun özü dəlik keçiriciliyi olan p tipli yarımkeçiricidə hazırlanır və drenaj və mənbə bölgələrində elektron keçiriciliyi olan n tipli yarımkeçiricilər əmələ gəlir. Təbii olaraq, p-bölgədən n-bölgəyə çuxur diffuziyası və n-bölgədən p-bölgəyə elektronların əks diffuziyası sayəsində p- və n-bölgələrin keçidlərinin sərhədlərində tükənmiş təbəqələr (əksər yük daşıyıcılarının olmadığı qatlar) əmələ gəlir. Normal vəziyyətdə, yəni qapıya heç bir gərginlik tətbiq edilmədikdə, tranzistor "kilidli" vəziyyətdədir, yəni mənbədən axıdıcıya axın keçirə bilmir. Drenaj və mənbə arasında bir gərginlik tətbiq etsək də vəziyyət dəyişmir (bu vəziyyətdə azlıqların yük daşıyıcılarının yaradılan elektrik sahələrinin, yəni n bölgəsi üçün çuxurlar və p bölgəsi üçün elektronların təsiri altında hərəkətin yaratdığı sızma axınlarını nəzərə almırıq).

Ancaq qapıya müsbət bir potensial tətbiq edilsə (şəkil 1), vəziyyət kökündən dəyişəcəkdir. Qapının elektrik sahəsinin təsiri altında, deliklər p-yarımkeçiriciyə dərindən basılarkən, elektronlar, əksinə, qapının altındakı bölgəyə çəkilərək mənbə və drenaj arasında elektronla zəngin bir kanal meydana gətirdi. Qapıya müsbət bir gərginlik tətbiq olunarsa, bu elektronlar mənbədən axıdılmasına keçməyə başlayır. Bu vəziyyətdə tranzistor cərəyan keçirir - tranzistorun "açılacağını" söyləyirlər. Gərginlik qapıdan çıxarılarsa, mənbələr və drenaj arasındakı bölgəyə elektronlar çəkilməyi dayandırır, keçirici kanal məhv olur və tranzistor cərəyan keçməsini dayandırır, yəni "kilidlənir". Beləliklə, qapıdakı gərginliyi dəyişdirərək, tranzistoru aça və ya söndürə bilərsiniz, eyni şəkildə cərəyanın dövrədən keçməsini idarə edərək şərti keçid düyməsini aça və ya söndürə bilərsiniz. Bu səbəbdən tranzistorlara bəzən elektron açar deyilir. Bununla birlikdə, adi mexaniki açarlardan fərqli olaraq, CMOS tranzistorları praktik olaraq ətalətsizdir və saniyədə trilyon dəfə açıqdan kilidlənmiş vəziyyətə keçməyə qadirdir! Nəticədə on milyonlarla ən sadə tranzistordan ibarət olan prosessorun sürətini təyin edən bu xüsusiyyət, yəni ani keçid qabiliyyəti.

Beləliklə, müasir bir inteqrasiya olunmuş dövrə on milyonlarla ən sadə CMOS tranzistorundan ibarətdir. İlk mərhələsi silikon substratların istehsalı olan mikrosxemlərin istehsalı prosesi üzərində daha ətraflı dayanaq.

Addım 1. Boşluqların böyüməsi

Belə substratların yaradılması silindrik bir silikon tək kristalın böyüməsi ilə başlayır. Bu tək kristal kütüklər daha sonra təxminən 1/40 "qalınlığında və 200 mm (8") və ya 300 mm (12 ") diametrində gofret şəklində kəsilir. Bunlar mikro dövrələrin istehsalı üçün istifadə olunan silikon substratlardır.

Silikon tək kristallardan gofretlərin meydana gəlməsində, ideal kristal quruluşlar üçün fiziki xüsusiyyətlər böyük ölçüdə seçilmiş istiqamətdən asılıdır (anizotropiyanın xassəsi). Məsələn, silikon substratın müqaviməti uzununa və eninə istiqamətdə fərqli olacaqdır. Eynilə, kristal qəfəsin istiqamətindən asılı olaraq, bir silikon büllur sonrakı emalı ilə əlaqəli xarici təsirlərə (məsələn, aşındırma, səpələnmə və s.) Fərqli reaksiya göstərəcəkdir. Buna görə lövhə tək kristaldan səthə nisbətən kristal qəfəsin istiqamətinin müəyyən bir istiqamətdə qəti şəkildə qorunması üçün kəsilməlidir.

Artıq qeyd edildiyi kimi, silikon tək kristal preformun diametri ya 200 ya da 300 mm-dir. Üstəlik, 300 mm diametr nisbətəndir yeni texnologiyaaşağıda müzakirə edəcəyik. Bu Pentium 4 prosessorundan bəhs etsək belə, bu diametrli bir lövhənin birdən çox mikrosxem yerləşdirə biləcəyi aydındır.Həqiqətən, belə bir gofret-substratda bir neçə düzəldilmiş mikrosxem (prosessor) əmələ gəlir, lakin sadəlik üçün yalnız baş verən prosesləri nəzərdən keçirəcəyik. gələcək bir mikroprosessorun kiçik bir sahəsi.

Addım 2. Qoruyucu dielektrik filmin (SiO2) tətbiq edilməsi

Silikon substrat meydana gəldikdən sonra ən mürəkkəb yarımkeçirici quruluşun yaradılması mərhələsi başlayır.

Bunun üçün donor və akseptor deyilən çirklər silikona daxil edilməlidir. Bununla birlikdə, sual yaranır - dəqiq bir verilmiş nümunə nümunəsinə görə çirklərin tətbiqini necə həyata keçirmək olar? Bunun mümkün olması üçün çirklərin daxil edilməsinə ehtiyac olmadığı yerlər xüsusi silikon dioksid plyonka ilə qorunur və yalnız əlavə işlənməyə məruz qalan ərazilər buraxılır (şəkil 2). İstədiyiniz nümunənin belə bir qoruyucu filminin formalaşması prosesi bir neçə mərhələdən ibarətdir.

Birinci mərhələdə, bütün silikon gofret tamamilə yaxşı bir izolyator olan və silikon büllurun daha da işlənməsi zamanı qoruyucu bir film rolunu oynayan ince bir silikon dioksid (SiO2) filmi ilə örtülmüşdür. Gofretlər, yüksək temperaturda (900-dən 1100 ° C-yə qədər) və oksigenin gofretin səth təbəqələrinə yayılması ilə silikonun oksidləşməsinə və silikon dioksidin səth filminin yaranmasına səbəb olan bir kameraya yerləşdirilir. Silikon dioksid filminin dəqiq müəyyən edilmiş bir qalınlığa sahib olması və qüsurlardan azad olması üçün, oksidləşmə prosesi zamanı gofretin bütün nöqtələrində sabit bir temperatur saxlamaq lazımdır. Bütün gofret bir silikon dioksid filmi ilə örtülməyəcəksə, istənməyən oksidləşmənin qarşısını almaq üçün əvvəlcədən silikon substrata bir Si3N4 maskası tətbiq olunur.

Addım 3. Fotorezistin tətbiqi

Silikon döşənəyi qoruyucu bir silikon dioksid filmi ilə örtdükdən sonra, bu filmi daha da işlənməyə məruz qalan yerlərdən çıxarmaq lazımdır. Film aşındırma ilə çıxarılır və qalan sahələri aşındırmaqdan qorumaq üçün gofret səthinə fotorezist deyilən bir təbəqə vurulur. "Fotorezistlər" termini, işığa həssas və aqressiv amillərə davamlı olan kompozisiyaları bildirir. Tətbiq olunan kompozisiyalar, bir tərəfdən, müəyyən fotoqrafiya xüsusiyyətlərinə (ultrabənövşəyi şüaların təsiri altında əridir və aşındırma prosesi zamanı yuyulur), digər tərəfdən də rezistiv olmalı, turşular və qələvilərdə aşınmaya, istiləşməyə və s. Fotorezistlərin əsas məqsədi istənilən konfiqurasiyanın qoruyucu relyefini yaratmaqdır.

Bir fotorezistin tətbiqi və müəyyən bir naxışa görə ultrabənövşəyi şüa ilə daha çox şüalanmasına fotolitoqrafiya deyilir və aşağıdakı əsas əməliyyatları əhatə edir: fotorezist qatının əmələ gəlməsi (döşəmənin işlənməsi, tətbiqi, qurudulması), qoruyucu bir relyefin meydana gəlməsi (məruz qalma, inkişaf, qurutma) və görüntünün substrata köçürülməsi (aşındırma, səpilmə). və s.).

Fotorezist təbəqəni (Şəkil 3) döşəməyə tətbiq etməzdən əvvəl, sonuncusu əvvəlcədən müalicə olunur, nəticədə fotorezist təbəqəyə yapışması yaxşılaşdırılır. Vahid bir fotorezist təbəqəsi tətbiq etmək üçün bir santrifüj metodu istifadə olunur. Substrat dönən bir diskə (santrifüj) qoyulur və mərkəzdənqaçma qüvvələrinin təsiri ilə fotorezist substratın səthinə demək olar ki, vahid bir təbəqə ilə paylanır. (Praktik olaraq vahid bir təbəqədən danışarkən, mərkəzdənqaçma qüvvələrinin təsiri altında yaranan filmin qalınlığının mərkəzdən kənarlara doğru artdığını nəzərə almalıyıq; bununla birlikdə bir fotorezist tətbiq etmək üsulu təbəqə qalınlığındakı dəyişikliklərə ± 10% -də tab gətirməyə imkan verir.)

Addım 4. Litoqrafiya

Fotorezist təbəqənin tətbiqindən və qurudulmasından sonra lazımi qoruyucu relyefin yaranma mərhələsi başlayır. Rölyef, fotorezist təbəqənin müəyyən sahələrinə düşən ultrabənövşəyi şüalanmanın təsiri altında sonuncunun həll xüsusiyyətlərini dəyişdirməsi nəticəsində meydana gəlir, məsələn, işıqlandırılan sahələr həlledici hissədə həll olunmağı dayandırır və bu təbəqənin işığa məruz qalmayan sahələrini çıxarır və ya əksinə - işıqlı sahələr həll olunur. Relyefin formalaşdırılması üsulu ilə fotorezistlər mənfi və müsbətə bölünürlər. Ultraviyole şüalanmanın təsiri altındakı mənfi fotorezistlər qoruyucu relyef sahələri meydana gətirirlər. Digər tərəfdən, pozitiv fotorezistlər, ultrabənövşəyi şüalanmaya məruz qaldıqda, axın xüsusiyyətləri qazanır və həlledici tərəfindən yuyulur. Buna görə ultrabənövşəyi şüalanmaya məruz qalmayan ərazilərdə qoruyucu bir təbəqə əmələ gəlir.

Fotorezist təbəqənin istənilən sahələrini işıqlandırmaq üçün xüsusi bir maska \u200b\u200bşablonu istifadə olunur. Əksər hallarda, fotoqrafiya yolu ilə əldə edilən qeyri-şəffaf elementləri olan optik şüşə plitələr istifadə olunur. Əslində, belə bir şablonda gələcək mikro dövrənin qatlarından birinin təsviri var (ümumilikdə bir neçə yüz belə təbəqə ola bilər). Bu şablon bir istinad olduğundan çox dəqiqliklə icra edilməlidir. Bundan əlavə, bir fotomask üçün çox sayda fotoqrafiya lövhəsi hazırlanacağını nəzərə alaraq, davamlı və zədələnməyə davamlı olmalıdır. Beləliklə, fotomaskin çox bahalı bir şey olduğu aydındır: mikro dövrənin mürəkkəbliyinə görə on minlərlə dollara başa gələ bilər.

Belə bir şablondan keçən ultrabənövşəyi şüalanma (şəkil 4), fotorezist təbəqənin səthinin yalnız tələb olunan sahələrini işıqlandırır. Şüalanmadan sonra təbəqənin lazımsız hissələrini aradan qaldıran fotorezist inkişaf etdirilir. Bu, silikon dioksid qatının müvafiq hissəsini açır.

Fotolitoqrafiya prosesinin sadə görünməsinə baxmayaraq, ən çətin olan mikrosxemlərin istehsalında bu mərhələdir. Fakt budur ki, Moore-un proqnozuna görə, tək bir mikrosirkildə tranzistorların sayı dözərək artır (hər iki ildə iki dəfə). Transistorların sayında belə bir artım yalnız ölçülərinin azalması sayəsində mümkündür, ancaq litoqrafiya prosesinə "dayanan" azalma dəqiqdir. Transistorları daha kiçik etmək üçün fotorezist təbəqəyə tətbiq olunan xətlərin həndəsi ölçülərini azaltmaq lazımdır. Ancaq hər şeyin bir həddi var - lazer şüasını bir nöqtəyə yönəltmək o qədər də asan deyil. Həqiqət budur ki, dalğa optikasının qanunlarına uyğun olaraq lazer şüasının cəmləşdiyi minimum nöqtə ölçüsü (əslində sadəcə bir ləkə deyil, difraksiya nümunəsidir) digər amillər arasında işıq dalğasının uzunluğu ilə müəyyən edilir. Litoqrafiya texnologiyasının ixtirası 70-ci illərin əvvəllərindən bəri işığın dalğa uzunluğunun kiçildilməsi istiqamətindədir. İnteqral dövrə elementlərinin ölçüsünü azaltmağa imkan verən budur. 1980-ci illərin ortalarından bəri fotolitoqrafiya lazer tərəfindən istehsal olunan ultrabənövşəyi şüalardan istifadə etməyə başladı. Fikir sadədir: ultrabənövşəyi şüalanmanın dalğa uzunluğu görünən işığın dalğa uzunluğundan daha qısadır, buna görə də fotorezistin səthində daha incə xətlər əldə etmək mümkündür. Son vaxtlara qədər litoqrafiya dalğa uzunluğu 248 nm olan dərin ultrabənövşəyi şüalanma (Deep Ultra Violet, DUV) istifadə edirdi. Lakin fotolitoqrafiya 200 nm sərhədi keçəndə ilk dəfə bu texnologiyanın istifadəsi ehtimalı şübhə doğuran ciddi problemlər yarandı. Məsələn, 200 mikrondan az olan dalğa boylarında işığa həssas təbəqə tərəfindən çox həddindən artıq işıq əmilir, beləliklə dövrə şablonunun prosessora ötürülməsi prosesi daha mürəkkəb və yavaş olur. Bu kimi problemlər tədqiqatçıları və istehsalçıları ənənəvi litoqrafiya texnologiyasına alternativ axtarmağa sövq edir.

EUV litoqrafiyası (Extreme UltraViolet) adlı yeni bir litoqrafiya texnologiyası, dalğa uzunluğu 13 nm olan ultrabənövşəyi radiasiyanın istifadəsinə əsaslanır.

DUV-dən EUV litoqrafiyasına keçid dalğa uzunluğunda 10 dəfədən çox azalma və yalnız bir neçə on atomun ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən aralığa keçid təmin edir.

Hal-hazırda istifadə olunan litoqrafiya texnologiyası, minimum ötürücü genişliyi 100 nm olan bir şablon tətbiq etməyə imkan verir, EUV litoqrafiyası isə mümkün çap daha kiçik eni olan xətlər - 30 nm-ə qədər. Ultrashort radiasiyaya nəzarət səsləndiyi qədər asan deyil. EUV radiasiyasının şüşə ilə yaxşı əmildiyi üçün yeni texnologiya, maska \u200b\u200btətbiq edildikdən sonra əldə edilən görüntüyü azaldan və fokuslayan dörd xüsusi qabarıq güzgüdən ibarət bir sıra istifadəni əhatə edir (şəkil 5 ,,). Hər bir güzgüdə təxminən 12 atom qalınlığında 80 ayrı metal təbəqə var.

Addım 5. Aşındırma

Fotorezist təbəqəyə məruz qaldıqdan sonra, silikon dioksid filmini çıxarmaq üçün aşındırma mərhələsi başlayır (şəkil 8).

Turşu prosesi tez-tez turşu hamamları ilə əlaqələndirilir. Bu turşu aşındırma üsulu, təkbaşına çap lövhələri düzəldən radio amatörlərə tanışdır. Bunu etmək üçün qoruyucu bir təbəqə rolunu oynayan lak ilə folqa tekstolitinə gələcək lövhənin yollarının bir nümunəsi tətbiq olunur və sonra lövhə azot turşusu olan bir banyoya endirilir. Lazımsız folqa sahələri təmizlənir və təmiz bir tekstolit ortaya çıxarılır. Bu metodun bir sıra mənfi cəhətləri var, bunlardan başlıcası qatın çıxarılması prosesini dəqiq bir şəkildə idarə edə bilməməkdir, çünki aşındırma prosesinə çox sayda amil təsir göstərir: turşu konsentrasiyası, temperatur, konveksiya və s. Bundan əlavə, turşu materialla hər istiqamətdə qarşılıqlı təsir göstərir və tədricən fotorezist maskasının kənarına nüfuz edir, yəni yan tərəfdən fotorezistlə örtülmüş təbəqələri məhv edir. Buna görə də, prosessorların istehsalında plazma da deyilən quru aşındırma üsulundan istifadə olunur. Bu üsul aşındırma prosesini dəqiq bir şəkildə idarə etməyə imkan verir və aşınmış təbəqənin məhv edilməsi şaquli istiqamətdə ciddi şəkildə baş verir.

Quru aşındırma, silikon dioksidi sulu səthdən çıxarmaq üçün ionlaşmış qaz (plazma) istifadə edir, silikon dioksid səthi ilə reaksiya verərək uçucu yan məhsullar meydana gətirir.

Aşındırma prosedurundan sonra, yəni lazımlı təmiz silikon sahələri məruz qaldıqda, fotolayerin qalan hissəsi çıxarılır. Beləliklə, silikon substratda bir silikon dioksid naxışı qalır.

Addım 6. Diffuziya (ion implantasiyası)

Xatırladaq ki, əvvəllər bir silikon substratda lazımi naxışın formalaşdırılması prosesi bir donor və ya akseptor çirkablığı təqdim edərək doğru yerlərdə yarımkeçirici strukturlar yaratmaq üçün tələb olunurdu. Nəcisliyin tətbiqi prosesi diffuziya yolu ilə həyata keçirilir (şəkil 9) - çirk atomlarının silikon kristal qəfəsə vahid daxil edilməsi. N-tipli yarımkeçirici əldə etmək üçün ümumiyyətlə sürmə, arsenik və ya fosfor istifadə olunur. P tipli bir yarımkeçirici əldə etmək üçün bor, qallium və ya alüminium bir çirk kimi istifadə olunur.

Dopantın diffuziya prosesi üçün ion implantasiyası istifadə olunur. İmplantasiya prosesi ondan ibarətdir ki, tələb olunan çirkablığın ionları yüksək gərginlikli sürətləndiricidən “atəşə tutulur” və kifayət qədər enerjiyə sahibdir, silikonun səth təbəqələrinə nüfuz edir.

Beləliklə, ion implantasiyası mərhələsinin sonunda, yarımkeçirici quruluşun tələb olunan təbəqəsi yaradılmışdır. Bununla birlikdə, mikroprosessorların bir neçə belə təbəqəsi ola bilər. Yaranan diaqramda növbəti qatı yaratmaq üçün əlavə bir nazik silikon dioksid təbəqəsi yetişdirilir. Bundan sonra bir polikristalli silikon təbəqəsi və başqa bir fotorezist təbəqəsi tətbiq olunur. Ultraviyole radiasiya ikinci maskadan keçir və foto qatdakı uyğun naxışı vurğulayır. Bundan sonra foto qatının əriməsi, aşındırma və ion implantasiyası mərhələləri izlənir.

Addım 7. Püskürtmə və çökmə

Yeni təbəqələrin tətbiqi bir neçə dəfə həyata keçirilir, eyni zamanda qatlardakı qatlararası əlaqələr üçün metal atomları ilə doldurulmuş "pəncərələr" qalır; nəticədə kristal keçirici bölgələrdə metal zolaqlar yaranır. Beləliklə, müasir prosessorlarda mürəkkəb üç ölçülü bir sxem yaradan təbəqələr arasında əlaqələr qurulur. Bütün təbəqələrin böyüməsi və işlənməsi prosesi bir neçə həftə çəkir və istehsal dövrü özü 300-dən çox mərhələdən ibarətdir. Nəticədə, silikon vafli üzərində yüzlərlə eyni prosessor əmələ gəlir.

Qatı çökmə prosesi zamanı gofretlərin məruz qaldığı gərginliklərə qarşı durmaq üçün əvvəlcə silikon substratlar kifayət qədər qalınlaşdırılır. Bu səbəbdən gofreti ayrı-ayrı prosessorlara kəsmədən əvvəl qalınlığı 33% azalır və arxa tərəfdən çirklənmə aradan qaldırılır. Sonra substratın arxa tərəfinə xüsusi bir material təbəqəsi tətbiq olunur, bu da kristalın gələcək prosessorun vəziyyətinə bərkidilməsini yaxşılaşdırır.

Addım 8. Son mərhələ

Formalaşma dövrünün sonunda bütün prosessorlar hərtərəfli sınaqdan keçirilir. Daha sonra xüsusi bir cihazdan istifadə edərək substrat plitəsindən beton, artıq sınaqdan keçmiş kristallar kəsilir (şəkil 10).

Hər bir mikroprosessor qoruyucu bir qutuya yerləşdirilir, bu da mikroprosessor kristalının xarici cihazlarla elektrik bağlantısını təmin edir. Muhafaza növü mikroprosessorun növündən və təyinatlı istifadəsindən asılıdır.

Muhafizə möhürləndikdən sonra hər mikroprosessor yenidən sınaqdan keçirilir. Qüsurlu prosessorlar rədd edilir və işlək olanlar stres testlərinə məruz qalır. Daha sonra prosessorlar fərqli saat sürətləri və təchizatı gərginliklərindəki davranışlarına görə sıralanır.

Qabaqcıl texnologiyalar

Mikro dövrələrin (xüsusən də prosessorların) istehsalının texnoloji prosesi bizim tərəfimizdən çox sadələşdirilmiş şəkildə nəzərdən keçirilir. Ancaq bu səthi təqdimat belə tranzistorların ölçüsünü azaldaraq üzləşəcəyi texnoloji çətinlikləri anlamağımızı təmin edir.

Bununla birlikdə, yeni perspektivli texnologiyaları nəzərdən keçirmədən əvvəl məqalənin əvvəlində qoyulan suala cavab verək: texnoloji prosesin dizayn standartı nədir və 130 nm dizayn standartı 180 nm standartından nə ilə fərqlənir? 130 nm və ya 180 nm, mikrosxemin bir təbəqəsindəki iki qonşu element arasındakı xarakterik minimum məsafədir, yəni mikrosxem elementlərinin bağlı olduğu bir növ ızgara pilləsidir. Bu vəziyyətdə, bu xarakterik ölçü nə qədər kiçik olsa, mikro dövranın eyni sahəsinə daha çox tranzistor yerləşdirilə biləcəyi tamamilə aydındır.

Intel hazırda 0,13 mikrondan istifadə edir texnoloji proses... Bu texnologiya Northwood nüvəli Intel Pentium 4, Tualatin nüvəli Intel Pentium III prosessor və Intel Celeron prosessorun istehsalı üçün istifadə olunur. Belə bir texnoloji prosesdən istifadə edildikdə, tranzistorun faydalı kanal genişliyi 60 nm, qapı oksid qatının qalınlığı isə 1,5 nm-dən çox deyil. Ümumilikdə, Intel Pentium 4 prosessorunda 55 milyon tranzistor var.

Prosessor kristalında tranzistorların sıxlığının artması ilə yanaşı, 0,18 mikron texnologiyasını əvəzləyən 0,13 mikron texnologiyası da başqa yeniliklərə sahibdir. Birincisi, fərdi tranzistorlar arasında mis əlaqələri istifadə edir (0.18 mikron texnologiyasında əlaqələr alüminium idi). İkincisi, 0,13 mikron texnologiyası daha az enerji istehlakı təmin edir. Məsələn, mobil texnologiya üçün bu, mikroprosessorların enerji istehlakının azaldığı və batareyanın ömrünün daha uzun olması deməkdir.

0.13 mikron texnoloji prosesə keçiddə təcəssüm etdirilən son yenilik, 300 mm diametrli silikon vafli (gofret) istifadəsidir. Xatırladaq ki, bundan əvvəl əksər prosessorlar və mikrosxemlər 200 mm vafli əsasında istehsal olunurdu.

Plitələrin diametrinin artırılması hər bir prosessorun maya dəyərini azaltmağa və keyfiyyətli məhsulların istehsalını artırmağa imkan verir. Həqiqətən, 300 mm diametrli bir lövhənin sahəsi, diametri 200 mm olan bir lövhənin sahəsindən 2.25 qat daha böyükdür və 300 mm diametrli bir lövhədən alınan prosessorların sayı iki dəfədən çoxdur.

2003-cü ildə daha da aşağı dizayn standartı olan 90 nanometr olan yeni bir texnoloji prosesin tətbiqi gözlənilir. Intelin məhsullarının çoxunu, o cümlədən prosessorlar, çipsetlər və rabitə avadanlıqlarını istehsal etmək üçün istifadə edəcəyi yeni istehsal prosesi, Oregon'un Hillsboro şəhərindəki Intel'in 300 mm'lik gofret D1C pilot zavodunda hazırlanmışdır.

23 oktyabr 2002-ci ildə Intel, Nyu Meksiko ştatının Rio Rancho şəhərində 2 milyard dollarlıq yeni bir müəssisənin açıldığını elan etdi. F11X adlanan yeni zavod, 0,13 mikron dizayn sürəti prosesi istifadə edərək 300 mm lik vafli üzərində prosessorlar istehsal etmək üçün ən son texnologiyadan istifadə edəcəkdir. 2003-cü ildə zavod 90 nm dizayn standartı ilə texnoloji prosesə köçürüləcəkdir.

Bundan əlavə, Intel, İrlandiyanın Lakeslip şəhərindəki Fab 24-də 90nm dizayn qaydası ilə 300mm silikon vafli üzərində yarımkeçirici komponentlər istehsal edəcək inşaatın yenidən başlamasını elan etdi. Ümumi sahəsi 1 milyon kv.m-dən çox olan yeni müəssisə. əlavə ilə ayaqları təmiz otaqlar sahəsi 160 min kv. ft.-nin 2004-cü ilin birinci yarısında istifadəyə verilməsi və mindən çox insanın çalışacağı gözlənilir. Müəssisənin dəyəri təxminən 2 milyard dollardır.

90nm müddətində müxtəlif qabaqcıl texnologiyalar istifadə olunur. Elektrik enerjisi istehlakını azaldaraq daha yüksək performans təmin edən 50 nm darvaza uzunluğuna sahib və dünyanın ən kiçik ticari olaraq təqdim olunan CMOS tranzistorlarıdır (Şəkil 11) və indiyə qədər yalnız 1,2 nm-də istehsal olunan ən incə qapı oksid təbəqəsidir. (Şəkil 12) və ya 5-dən az atom qatı və sənayedə yüksək performanslı gərgin silikon texnologiyasının ilk tətbiqi.

Sadalanan xüsusiyyətlərdən bəlkə də yalnız “gərgin silikon” anlayışının şərhə ehtiyacı var (şəkil 13). Belə silikonda atomlar arasındakı məsafə adi yarımkeçiricidən daha böyükdür. Bu da öz növbəsində daha geniş hərəkət zolaqlı bir yolda trafikin daha sərbəst və daha sürətli hərəkət etməsinə bənzər daha sərbəst bir cərəyan axını təmin edir.

Bütün yeniliklər nəticəsində tranzistorların performansı istehsal xərclərində cəmi 2% artımla 10-20% yaxşılaşdırılır.

Bundan əlavə, 90nm müddətdə çip başına yeddi qat istifadə olunur (şəkil 14), 130nm prosesdən bir qat daha çox və mis əlaqələri.

Bütün bu xüsusiyyətlər, 300 mm silikon vafli ilə birləşdirilərək, Intel’ə performans, istehsal və maliyet qazancları təmin edir. İstehlakçılar, Intel'in yeni texnologiya prosesi, sənayeni Moore Qanununa uyğun olaraq irəliləməyə davam edərkən prosessor performansını dəfələrlə yaxşılaşdırdığından faydalanırlar.