Հավաքեք միկրոչիպեր: Ինչպես են ստեղծվում ինտեգրալ սխեմաները

Ժամանակակից աշխարհն այնքան համակարգչայինացված է, որ մեր կյանքը գործնականում անհնար է պատկերացնել առանց էլեկտրոնային սարքերի առկայության, որոնք մեզ ուղեկցում են մեր կյանքի և գործունեության բոլոր ոլորտներում։
Եվ առաջընթացը չի կանգնում, բայց շարունակում է շարունակաբար կատարելագործվել. սարքերը փոքրանում են և դառնում ավելի հզոր, ավելի հզոր և ավելի արդյունավետ: Տեխնոլոգիան այս գործընթացի հիմքում է: միկրոչիպի արտադրություն, որը մի քանի առանց դիոդների, տրիոդների, տրանզիստորների, ռեզիստորների և այլ ակտիվների միացման պարզեցված տարբերակ է։ էլեկտրոնային բաղադրիչներ(երբեմն մեկ չիպի մեջ դրանց թիվը հասնում է մի քանի միլիոնի), միավորված մեկ շղթայով։

Կիսահաղորդչային բյուրեղները (սիլիցիում, գերմանիում, հաֆնիումի օքսիդ, գալիումի արսենիդ) հիմք են հանդիսանում բոլոր միկրոսխեմաների արտադրության համար։ Բոլոր տարրերի և միջտարրերի միացումները կատարվում են դրանց վրա: Դրանցից ամենատարածվածը սիլիցիումն է, քանի որ այն իր ֆիզիկաքիմիական որակներով ամենահարմարն է այդ նպատակների համար՝ կիսահաղորդիչ։ Փաստն այն է, որ կիսահաղորդչային նյութերը պատկանում են հաղորդիչների և մեկուսիչների միջև տեղակայված էլեկտրական հաղորդունակությամբ դասին: Եվ նրանք կարող են հանդես գալ որպես հաղորդիչներ և դիէլեկտրիկներ՝ կախված դրանցում առկա այլ քիմիական կեղտերի պարունակությունից։

Ստեղծվում են միկրոսխեմաներբարակ կիսահաղորդչային վաֆլի վրա հաջորդաբար ստեղծելով տարբեր շերտեր, որոնք նախապես հղկվում են և մեխանիկորեն կամ քիմիապես բերվում են հայելային ավարտի: Դրա մակերեսը պետք է անպայմանորեն ատոմային մակարդակում կատարյալ հարթ լինի։

Չիպերի արտադրության վիդեո փուլերը.

Շերտեր կազմելիս, քանի որ ափսեի մակերեսին կիրառվող նախշերը այնքան փոքր են, հետևաբար, նյութը, որը հետագայում ձևավորում է նախշը, անմիջապես դրվում է ամբողջ մակերեսի վրա, այնուհետև ավելորդը հանվում է ֆոտոլիտոգրաֆիայի միջոցով:

Ֆոտոլիտոգրաֆիան հիմնական փուլերից է միկրոչիպի արտադրությունև ինչ-որ չափով հիշեցնում է լուսանկարչության արտադրությունը: Նախկինում կիրառված նյութի մակերեսին հարթ շերտով քսում են նաև հատուկ լուսազգայուն նյութ (ֆոտորեզիստ), այնուհետև այն չորացնում։ Այնուհետև, հատուկ ֆոտոդիմակի միջոցով անհրաժեշտ նախշը նախագծվում է շերտի մակերեսի վրա: Ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցության տակ ֆոտոռեսիստի առանձին հատվածները փոխում են իրենց հատկությունները. այն ուժեղանում է, ուստի չճառագայթված հատվածները հետագայում հեռացվում են: Նկարչության այս մեթոդն այնքան արդյունավետ է իր ճշգրտությամբ, որ այն երկար ժամանակ կօգտագործվի։

Դրան հաջորդում է միկրոսխեմաներում տրանզիստորների միջև էլեկտրական միացման գործընթացը՝ տրանզիստորները միավորելով առանձին բջիջների, իսկ բջիջները՝ առանձին բլոկների: Փոխկապակցումները ստեղծվում են պատրաստի միկրոսխեմաների մի քանի մետաղական շերտերում: Պղինձը հիմնականում օգտագործվում է որպես նյութեր շերտերի արտադրության մեջ, իսկ ոսկին օգտագործվում է հատկապես արտադրողական շղթաների համար։ Էլեկտրական միացումների շերտերի քանակը կախված է ստեղծվող միկրոսխեմայի հզորությունից և կատարողականությունից. որքան հզոր է այն, այնքան ավելի շատ է պարունակում այդ շերտերը:

Այսպիսով, ստացվում է մի քանի միկրոն հաստությամբ էլեկտրոնային միկրոսխեմայի բարդ եռաչափ կառուցվածք։ Այնուհետև էլեկտրոնային սխեման ծածկված է մի քանի տասնյակ միկրոն հաստությամբ դիէլեկտրական նյութի շերտով։ Նրանում բացվում են միայն կոնտակտային բարձիկներ, որոնց միջոցով արտաքինից էլեկտրաէներգիայի և էլեկտրական ազդանշանները հետագայում մատակարարվում են միկրոսխեմային: Հարյուրավոր միկրոն հաստությամբ սիլիկոնային վաֆլի ամրացված է հատակին:

Արտադրության գործընթացի ավարտին վաֆլի վրա բյուրեղները փորձարկվում են առանձին: Այնուհետեւ յուրաքանչյուր չիպ փաթեթավորվում է իր պատյանում, որի օգնությամբ հնարավոր է դառնում այն ​​միացնել այլ սարքերին։ Անկասկած, փաթեթավորման տեսակը կախված է չիպի նպատակից և ինչպես է այն օգտագործվում: Փաթեթավորված չիպսերը անցնում են սթրես թեստի հիմնական փուլը` ջերմաստիճանի, խոնավության, էլեկտրականության ազդեցություն: Եվ արդեն թեստի արդյունքներով դրանք մերժվում են, տեսակավորվում և դասակարգվում ըստ սպեցիֆիկացիաների։

Միկրո մակարդակի մասերի, ինչպիսիք են միկրոսխեմաների արտադրության գործընթացում կարևոր է արտադրության համար նախատեսված տարածքների իդեալական մաքրությունը: Ուստի կատարյալ մաքրություն ապահովելու համար օգտագործվում են հատուկ սարքավորված սենյակներ, որոնք առաջին հերթին ամբողջությամբ կնքված են, օդի մաքրման միկրոֆիլտրերով հագեցած, այդ սենյակներում աշխատող անձնակազմն ունի կոմբինեզոններ, որոնք կանխում են միկրոմասնիկների ներթափանցումը: Բացի այդ, նման սենյակները ապահովում են որոշակի խոնավություն, օդի ջերմաստիճան, դրանք կառուցված են թրթռումային պաշտպանությամբ հիմքերի վրա։

Տեսանյութ - շրջայց գործարանում, որտեղ արտադրվում են միկրոսխեմաներ.

Ետ

Առաջ -

Դուք բիզնես գաղափար ունե՞ք: Մեր կայքում դուք կարող եք հաշվարկել դրա շահութաբերությունը առցանց:

Այս հոդվածում մենք կխոսենք միկրոսխեմաների մասին, թե ինչ տեսակներ կան, ինչպես են դրանք դասավորված և որտեղ են օգտագործվում: Ընդհանուր առմամբ, ժամանակակից էլեկտրոնային տեխնոլոգիաներում դժվար է գտնել մի սարք, որը չի օգտագործում միկրոսխեմաներ: Նույնիսկ ամենաէժան չինական խաղալիքներն օգտագործում են տարբեր հարթ, բաղադրությամբ լցված չիպսեր, որոնց վստահված է կառավարման գործառույթը: Ավելին, տարեցտարի դրանք ավելի բարդ են դառնում ներսում, բայց ավելի հեշտ է գործել և ավելի փոքր չափսերով՝ արտաքինից։ Կարելի է ասել, որ միկրոսխեմաների մշտական ​​էվոլյուցիա կա։

Միկրոշրջանն էլեկտրոնային սարք կամ դրա մի մասն է, որը կարող է կատարել որոշակի առաջադրանք: Եթե ​​անհրաժեշտ լիներ լուծել այնպիսի խնդիր, որը լուծում են բազմաթիվ միկրոսխեմաներ, դիսկրետ տարրերի, տրանզիստորների վրա, ապա սարքը, 1 սանտիմետր 5 սանտիմետր չափող փոքրիկ ուղղանկյունի փոխարեն, կզբաղեցներ մի ամբողջ պահարան և շատ ավելի քիչ հուսալի կլիներ։ . Բայց ահա թե ինչպիսի տեսք ունեին համակարգիչները կես հարյուր տարի առաջ:

Էլեկտրոնային կառավարման կաբինետ - լուսանկար

Իհարկե, որպեսզի միկրոսխեման աշխատի, բավարար չէ միայն դրան էլեկտրաէներգիա մատակարարելը, անհրաժեշտ է նաև այսպես կոչված « մարմնի հանդերձանք», այսինքն՝ տախտակի վրա գտնվող այն օժանդակ մասերը, որոնցով միկրոսխեման կարող է կատարել իր գործառույթը։

Chip body kit - նկարչություն

Վերևի նկարում միկրոշրջանն ինքնին ընդգծված է կարմիրով, մնացած բոլոր մանրամասները նրա « մարմնի հանդերձանք«. Շատ հաճախ միկրոսխեմաները տաքանում են իրենց շահագործման ընթացքում, դրանք կարող են լինել կայունացուցիչների, միկրոպրոցեսորների և այլ սարքերի միկրոսխեմաներ: Այս դեպքում, որպեսզի միկրոսխեման չայրվի, այն պետք է ամրացվի ռադիատորին: Միկրոսխեմաները, որոնք պետք է տաքացվեն շահագործման ընթացքում, նախագծված են անմիջապես հատուկ ջերմահեռացնող թիթեղով. մակերեսը սովորաբար գտնվում է միկրոսխեմայի հակառակ կողմում, որը պետք է սերտորեն տեղավորվի ռադիատորի վրա:

Բայց կապի մեջ նույնիսկ խնամքով հղկված ջերմատախտակը և ափսեը դեռևս կունենան միկրոսկոպիկ բացեր, ինչի արդյունքում միկրոսխեմայի ջերմությունը ավելի քիչ արդյունավետ կփոխանցվի ջերմատախտակին: Այդ բացերը լրացնելու համար օգտագործվում է ջերմահաղորդիչ մածուկ։ Այն, որը մենք դնում ենք համակարգչի պրոցեսորի վրա, նախքան դրա վրա ռադիատորը ամրացնելը: Ամենալայն կիրառվող մածուկներից է ԿՊՏ-8.

Միկրոսխեմաների վրա ուժեղացուցիչները կարող են զոդվել բառացիորեն 1-2 երեկոյան, և նրանք անմիջապես սկսում են աշխատել՝ առանց բարդ թյունինգի և թյուների բարձր որակավորման անհրաժեշտության։ Առանձին-առանձին ես ուզում եմ ասել ավտոմոբիլային ուժեղացուցիչների միկրոսխեմաների մասին, մարմնի հավաքածուից երբեմն բառացիորեն 4-5 մաս կա: Նման ուժեղացուցիչ հավաքելու համար, որոշակի ճշգրտությամբ, ձեզ հարկավոր չէ նույնիսկ տպագիր տպատախտակ (չնայած դա ցանկալի է), և դուք կարող եք ամեն ինչ հավաքել մակերևույթի մոնտաժով, անմիջապես միկրոսխեմայի պտուտակների վրա:

Ճիշտ է, հավաքումից հետո ավելի լավ է անմիջապես տեղադրել նման ուժեղացուցիչը պատյանում, քանի որ նման դիզայնը հուսալի չէ, և լարերի պատահական կարճ միացման դեպքում հեշտությամբ կարող եք այրել միկրոսխեման: Ուստի խորհուրդ եմ տալիս բոլոր սկսնակներին, թող մի քիչ ավելի շատ ժամանակ ծախսեն, բայց տպագիր տպատախտակ պատրաստեն։

Կարգավորվող սնուցման սարքեր միկրոսխեմաների վրա. կայունացուցիչներն ավելի հեշտ են արտադրվում, քան տրանզիստորների նմանները: Տեսեք, թե քանի մաս է փոխարինում ամենապարզ LM317 չիպը.

Էլեկտրոնային սարքերում տպագիր տպատախտակների վրա միկրոսխեմաները կարող են զոդվել կամ ուղղակիորեն, հետքեր տպելու համար կամ տեղադրվել հատուկ վահանակների մեջ:

Վարդակ ներծծման միկրոսխեմայի համար - լուսանկար

Տարբերությունը կայանում է նրանում, որ առաջին դեպքում, որպեսզի մենք փոխարինենք միկրոսխեման, մենք պետք է նախ այն ապազոդացնենք։ Իսկ երկրորդ դեպքում, երբ չիպը դնում ենք վարդակից, ուղղակի պետք է չիպը հանել վարդակից, և այն հեշտությամբ կարելի է փոխարինել մեկ այլով։ Համակարգչում միկրոպրոցեսորի փոխարինման տիպիկ օրինակ:

Նաև, օրինակ, եթե սարք եք հավաքում միացված միկրոկոնտրոլերի վրա տպագիր տպատախտակ, և չի նախատեսել ներշրջանցային ծրագրավորում, դուք կարող եք, եթե դուք զոդել եք ոչ թե միկրոսխեման ինքնին տախտակի մեջ, այլ այն վարդակից, որի մեջ այն տեղադրված է, ապա միկրոսխեման կարելի է հեռացնել և միացնել հատուկ ծրագրավորողի տախտակին:

Նման տախտակներում վարդակներ արդեն զոդված են ծրագրավորման համար միկրոկոնտրոլերների տարբեր պատյանների համար։

Անալոգային և թվային IC-ներ

Միկրոսխեմաները հասանելի են տարբեր տեսակների, դրանք կարող են լինել ինչպես անալոգային, այնպես էլ թվային: Առաջինները, ինչպես ենթադրում է անվանումը, աշխատում են անալոգային ալիքի ձևով, մինչդեռ երկրորդները աշխատում են թվային ալիքի ձևով: Անալոգային ազդանշանը կարող է տարբեր ձևեր ունենալ:

Թվային ազդանշանը միավորների և զրոների, բարձր և ցածր ազդանշանների հաջորդականությունն է: Բարձր մակարդակն ապահովվում է ելքին 5 ​​վոլտ կամ դրան մոտ լարման կիրառմամբ, ցածր մակարդակը լարման բացակայությունն է կամ 0 վոլտ։

Կան նաև միկրոչիպեր ADC (անալոգային - թվային փոխարկիչ) և DAC (թվայինից անալոգային փոխարկիչ), որը փոխակերպում է ազդանշանը անալոգայինից թվային և հակառակը։ ADC-ի տիպիկ օրինակն օգտագործվում է մուլտիմետրում՝ չափված էլեկտրական քանակները փոխարկելու և դրանք մուլտիմետրի էկրանին ցուցադրելու համար: Ստորև բերված նկարում ADC-ն սև բլիթ է՝ բոլոր կողմերից եկող հետքերով:

Միկրոկարգավորիչներ

Համեմատաբար վերջերս, տրանզիստորների և միկրոսխեմաների արտադրության համեմատ, մեկնարկեց միկրոկոնտրոլերների արտադրությունը։ Ի՞նչ է միկրոկոնտրոլերը:

Սա հատուկ միկրոսխեմա է, այն կարող է արտադրվել երկուսն էլ ընկղմվելայնպես որ ներս smdկատարում, որի հիշողության մեջ կարելի է գրել ծրագիր, այսպես կոչված վեցանկյուն ֆայլ. Սա կոմպիլացված որոնվածային ֆայլ է, որը գրված է հատուկ կոդերի խմբագրիչում։ Բայց որոնվածը գրելը բավարար չէ, դուք պետք է այն տեղափոխեք, բռնկեք միկրոկառավարիչի հիշողության մեջ:

Ծրագրավորող - լուսանկար

Այդ նպատակով այն ծառայում է ծրագրավորող. Ինչպես գիտեն շատերը, շատ են տարբեր տեսակներմիկրոկառավարիչներ - AVR, PICև մյուսները, տարբեր տեսակների համար մեզ պետք են տարբեր ծրագրավորողներ: Կա նաև, որ բոլորը կարող են գտնել և իրենց համար համապատասխանը դարձնել գիտելիքների և կարողությունների առումով: Եթե ​​ծրագրավորողն ինքներդ պատրաստելու ցանկություն չկա, ապա կարող եք առցանց խանութից գնել պատրաստի կամ պատվիրել Չինաստանից։

Վերևի նկարը ցույց է տալիս միկրոկոնտրոլեր SMD փաթեթում: Որո՞նք են միկրոկոնտրոլերների օգտագործման առավելությունները: Եթե ​​ավելի վաղ, դիսկրետ տարրերի կամ միկրոսխեմաների վրա հիմնված սարք նախագծելիս և հավաքելիս մենք սարքի աշխատանքը սահմանում էինք որոշակի, հաճախ բարդ կապի միջոցով տպագիր տպատախտակի վրա՝ օգտագործելով բազմաթիվ մասեր: Այժմ բավական է, որ մենք գրենք մի ծրագիր միկրոկոնտրոլերի համար, որը նույնը կանի ծրագրային կերպով, հաճախ ավելի արագ և ավելի հուսալի, քան առանց միկրոկարգավորիչների օգտագործման միացում: Միկրոկառավարիչը մի ամբողջ համակարգիչ է, մուտքային-ելքային պորտերով, դիսփլեյ և սենսորներ միացնելու, ինչպես նաև այլ սարքեր կառավարելու հնարավորությամբ։

Իհարկե, միկրոսխեմաների կատարելագործումը դրանով չի դադարի, և կարելի է ենթադրել, որ 10 տարի հետո իսկապես միկրոսխեմաներ կլինեն « բառից: միկրո«- աչքի համար անտեսանելի, որը կպարունակի միլիարդավոր տրանզիստորներ և այլ տարրեր, մի քանի ատոմների չափս, այնուհետև ամենաբարդ էլեկտրոնային սարքերի ստեղծումը իսկապես հասանելի կդառնա նույնիսկ ոչ շատ փորձառու ռադիոսիրողների համար: կարճ ակնարկավարտվեց, քեզ հետ էր AKV.

Քննարկեք ՄԻԿՐՈՍԻՐՔԻՏՆԵՐ հոդվածը

Պանյուշկին Վ.Վ.

(«ՀիԺ», 2014, թիվ 4)

Նոթբուքին կյանք տվող փոքրիկ չիպերի արտադրությունը ամենաբարդ և բարդերից է: Այն բաղկացած է ավելի քան երեք հարյուր գործողություններից, և մեկ արտադրական ցիկլը կարող է տևել մինչև մի քանի շաբաթ: Ի՞նչ տեսք ունի այս գործընթացը պարզեցված ձևով:

Մենք քսում ենք սիլիցիումի շերտ

Առաջին բանը, որ պետք է անել, 30 սմ տրամագծով սիլիկոնային հիմքի մակերեսի վրա լրացուցիչ շերտ ստեղծելն է։ Սիլիցիումի ատոմները ենթաշերտի վրա աճում են էպիտաքսիայի միջոցով. դրանք գազային փուլից աստիճանաբար նստում են սիլիցիումի մակերեսին: Գործընթացը տեղի է ունենում վակուումում, այստեղ ավելորդ ոչինչ չկա, հետևաբար, արդյունքում մակերեսի վրա ձևավորվում է ամենաբարակ սիլիցիումի շերտը նույն բյուրեղային կառուցվածքով, ինչպիսին է սիլիկոնային ենթաշերտը, միայն ավելի մաքուր: Այսինքն՝ ստանում ենք մի փոքր բարելավված ենթաշերտ։

Պաշտպանիչ շերտի կիրառում

Այժմ անհրաժեշտ է հիմքի մակերեսի վրա ստեղծել պաշտպանիչ շերտ, այսինքն՝ ուղղակի օքսիդացնել այն, որպեսզի ձևավորվի SiO 2 սիլիցիումի օքսիդի ամենաբարակ թաղանթը։

Դրա գործառույթը շատ կարևոր է. օքսիդային թաղանթը հետագայում կկանխի էլեկտրական հոսանքը թիթեղից հոսելը: Ի դեպ, ներս Վերջերսավանդական սիլիցիումի երկօքսիդի փոխարեն Intel-ը սկսեց օգտագործել հաֆնիումի օքսիդների և սիլիկատների վրա հիմնված բարձր k-ի դիէլեկտրիկ, որոնք ունեն ավելի բարձր դիէլեկտրական k հաստատուն՝ համեմատած սիլիցիումի օքսիդի։ Բարձր k-ով դիէլեկտրական շերտը պատրաստվում է մոտ երկու անգամ ավելի հաստ, քան սովորական SiO 2 շերտը նեղացնելու միջոցով: հարևան մարզերը, բայց դրա շնորհիվ, համեմատելի հզորությամբ, արտահոսքի հոսանքը կարող է կրճատվել հարյուր անգամ: Սա թույլ է տալիս շարունակել պրոցեսորների մանրանկարչությունը:

Ֆոտոռեզիստենտի շերտի կիրառում

Սիլիցիումի օքսիդի պաշտպանիչ շերտի վրա պետք է կիրառվի ֆոտոռեզիստ. պոլիմերային նյութ, որոնց հատկությունները փոխվում են ճառագայթման ազդեցության տակ։ Ամենից հաճախ այս դերը խաղում են պոլիմետակրիլատները, արիլսուլֆոեթերները և ֆենիլ-ֆորմալդեհիդային խեժերը, որոնք ոչնչացվում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ (այս գործընթացը կոչվում է ֆոտոլիտոգրաֆիա): Դրանք կիրառվում են պտտվող սուբստրատի վրա՝ ցողելով այն նշված նյութի աերոզոլով: Սկզբունքորեն հնարավոր է նաև օգտագործել էլեկտրոնային ճառագայթ (էլեկտրոնային ճառագայթային լիտոգրաֆիա) կամ փափուկ ռենտգեն (ռենտգենյան լիտոգրաֆիա)՝ ընտրելով դրանց համար համապատասխան զգայուն նյութեր։ Բայց մենք կդիտարկենք ավանդական ֆոտոլիտոգրաֆիայի գործընթացը:

Մենք ճառագայթում ենք ուլտրամանուշակագույնով

Այժմ ենթաշերտը պատրաստ է ուլտրամանուշակագույնի հետ շփման համար, բայց ոչ ուղղակիորեն, այլ միջնորդի միջոցով՝ ֆոտոդիմակ, որը կատարում է տրաֆարետի դեր։ Փաստորեն, ֆոտոդիմակը ապագա միկրոսխեմայի գծագիր է, որը միայն մի քանի անգամ ընդլայնված է: Այն սուբստրատի մակերեսի վրա նախագծելու համար օգտագործվում են հատուկ ոսպնյակներ՝ պատկերը նվազեցնելու համար: Սա տալիս է զարմանալի հստակություն և նախագծման ճշգրտություն:

Ուլտրամանուշակագույնը, անցնելով դիմակի և ոսպնյակների միջով, նախագծում է ապագա շղթայի պատկերը սուբստրատի վրա: Ֆոտոդիմակի վրա ինտեգրալային սխեմայի ապագա աշխատանքային տարածքները թափանցիկ են մինչև ուլտրամանուշակագույն, իսկ պասիվ հատվածները՝ հակառակը։ Ենթաշերտի այն վայրերում, որտեղ պետք է տեղակայված լինեն ակտիվ կառուցվածքային տարրերը, ճառագայթումը ոչնչացնում է ֆոտոռեզիստը: Իսկ պասիվ տարածքներում ոչնչացում չի լինում, քանի որ ուլտրամանուշակագույնն այնտեղ չի հասնում. տրաֆարետը տրաֆարետ է: Քիմիական ռեակցիա, որն առաջանում է շերտում ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցության տակ, շատ նման է ֆիլմի ռեակցիային, որը տեղի է ունենում լուսանկարչության ժամանակ։ Քանդված ֆոտոռեզիստը հեշտությամբ լուծվում է, ուստի դժվար չէ քայքայման արտադրանքները հանել ենթաշերտից: Ի դեպ, մեկ պրոցեսոր ստեղծելու համար անհրաժեշտ է մինչև 30 տարբեր ֆոտոդիմակ, ուստի քայլը կրկնվում է, քանի որ շերտերը կիրառվում են միմյանց վրա։

Մենք հալածում ենք

Այսպիսով, մինչև մի քանի նանոմետր չափի բոլոր տարրերով ապագա շղթայի գծագիրը փոխանցվում է ենթաշերտի մակերեսին: Այն տարածքները, որտեղ պաշտպանիչ շերտը փլվել է, այժմ պետք է փորագրվեն: Այս դեպքում պասիվ տարածքները չեն ազդի, քանի որ դրանք պաշտպանված են ֆոտոռեզիստենտի պոլիմերային շերտով, որը նախորդ փուլում չի փլուզվել: Ճառագայթված տարածքները փորագրվում են կամ քիմիական ռեակտիվներով կամ ֆիզիկական մեթոդներով:

Առաջին դեպքում սիլիցիումի երկօքսիդի շերտը ոչնչացնելու համար օգտագործվում են ֆտորֆտորաթթվի և ամոնիումի ֆտորիդի վրա հիմնված միացություններ։ Հեղուկ փորագրումը լավ բան է, բայց կա մի խնդիր. հեղուկը հակված է հոսել դիմադրող շերտի տակ հարակից պասիվ տարածքներում: Արդյունքում, փորագրված նախշի մանրամասները չափերով ավելի մեծ են, քան նախատեսված է դիմակով: Ուստի նախընտրելի է չոր ֆիզիկական մեթոդը՝ ռեակտիվ իոնային փորագրում պլազմայով։ Ընտրեք համապատասխան ռեակտիվ գազ յուրաքանչյուր նյութի համար, որը պետք է չոր փորագրվի: Այսպիսով, սիլիցիումը և նրա միացությունները փորագրվում են քլոր և ֆտոր պարունակող պլազմայով (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6): Ճիշտ է, չոր օֆորտն ունի նաև թերություն՝ թաց փորագրության համեմատ ավելի ցածր ընտրողականություն։ Բարեբախտաբար, այս դեպքի համար կա ունիվերսալ մեթոդ՝ իոնային ճառագայթով փորագրում: Այն հարմար է ցանկացած նյութի կամ նյութերի համակցության համար և ունի փորագրման ցանկացած մեթոդի ամենաբարձր լուծաչափը՝ արտադրելով մինչև 10 նմ փոքր հատկություններ:

Մենք դոպինգ ենք անում

Հիմա եկել է իոնային իմպլանտացիայի ժամանակը: Այն թույլ է տալիս ներդնել գրեթե ցանկացած քիմիական տարր՝ անհրաժեշտ քանակությամբ, որոշակի խորության վրա, փորագրված հատվածներում, որտեղ սիլիցիումի ենթաշերտը ենթարկվում է: Այս գործողության նպատակն է փոխել հաղորդունակության տեսակը և կրիչների կոնցենտրացիան կիսահաղորդչի հիմնական մասում՝ ցանկալի հատկություններ ստանալու համար, օրինակ՝ p-n հանգույցի պահանջվող հարթությունը: Ամենատարածված սիլիցիումի դոպանտներն են ֆոսֆորը, մկնդեսը (ապահովում է n-տիպի էլեկտրոնային հաղորդունակություն) և բորը (p-տիպի անցքերի հաղորդունակություն): Պլազմայի տեսքով իմպլանտացվող տարրերի իոնները արագանում են դեպի բարձր արագություններէլեկտրամագնիսական դաշտ և դրանցով ռմբակոծել ենթաշերտը: Էներգետիկ իոնները ներթափանցում են անպաշտպան տարածքներ՝ ներթափանցելով նմուշի մեջ մի քանի նանոմետրից մինչև մի քանի միկրոմետր խորության վրա:

Իոնների ներմուծումից հետո ֆոտոդիմացկուն շերտը հանվում է, և ստացված կառուցվածքը կռվում է. բարձր ջերմաստիճանիայնպես, որ կիսահաղորդչի կոտրված կառուցվածքը վերականգնվի, և լիգանդի իոնները զբաղեցնեն բյուրեղային ցանցի հանգույցները։ Ընդհանուր առմամբ, տրանզիստորների առաջին շերտը պատրաստ է:

Պատուհանների պատրաստում

Ստացված տրանզիստորի վերևում անհրաժեշտ է կիրառել մեկուսիչ շերտ, որի վրա նույն ֆոտոլիտոգրաֆիայի մեթոդով փորագրված են երեք «պատուհաններ»: Դրանց միջոցով հետագայում կապեր կստեղծվեն այլ տրանզիստորների հետ։

Մենք մետաղ ենք կիրառում

Այժմ ափսեի ամբողջ մակերեսը պատված է պղնձի շերտով, օգտագործելով վակուումային նստեցում: Պղնձի իոնները դրական էլեկտրոդից (անոդից) անցնում են բացասական էլեկտրոդին (կաթոդ), որը խաղում է ենթաշերտը, նստում են դրա վրա՝ լցնելով փորագրման արդյունքում ստեղծված պատուհանները։ Այնուհետև մակերեսը փայլեցնում է ավելորդ պղնձը հեռացնելու համար: Մետաղը տեղադրվում է մի քանի քայլով՝ առանձին տրանզիստորների միջև փոխկապակցումներ ստեղծելու համար (կարծեք դրանք որպես միացնող լարեր):

Նման փոխկապակցումների դասավորությունը որոշվում է միկրոպրոցեսորի ճարտարապետությամբ: Այսպիսով, ժամանակակից պրոցեսորներում կապեր են հաստատվում մոտ 20 շերտերի միջև՝ կազմելով բարդ եռաչափ սխեման։ Շերտերի քանակը կարող է տարբեր լինել՝ կախված պրոցեսորի տեսակից:

Փորձարկում

Վերջապես մեր ռեկորդը պատրաստ է փորձարկման: Այստեղ հիմնական կարգավորիչը վաֆլի տեսակավորման ավտոմատ մեքենաների վրա գտնվող զոնդերի գլուխներն են: Շոշափելով թիթեղները՝ չափում են էլեկտրական պարամետրերը։ Եթե ​​ինչ-որ բան սխալ է, ապա նշվում են թերի բյուրեղներ, որոնք հետո դեն են նետվում: Ի դեպ, միկրոէլեկտրոնիկայի մեջ կիսահաղորդչային վաֆլի վրա տեղադրված կամայական բարդության մեկ միասնական միկրոշրջանը կոչվում է բյուրեղ։

Մենք կտրեցինք

Հաջորդը, թիթեղները բաժանվում են մեկ բյուրեղների: 30 սմ տրամագծով մեկ սուբստրատի վրա տեղադրվում են մոտ 2x2 սմ չափի մոտ 150 միկրոսխեմաներ, որոնցից թիթեղը առանձնացնելու համար կամ կտրում են ադամանդագործով կամ լազերային ճառագայթով, այնուհետև կոտրում են պատրաստի կտրվածքների, կամ այն. անմիջապես կտրվում է ադամանդե սկավառակով։

Պրոցեսորը պատրաստ է!

Դրանից հետո միացվում է կոնտակտային պահոց, որն ապահովում է պրոցեսորի և համակարգի մնացած մասերի միջև հաղորդակցությունը, բյուրեղը և ծածկը, որը ջերմությունը հեռացնում է բյուրեղից դեպի սառեցնող:

Պրոցեսորը պատրաստ է: Իմ (հավանաբար, շատ ոչ ճշգրիտ) գնահատականներով, մեկ ժամանակակից պրոցեսորի արտադրությունը, ինչպիսին, օրինակ, քառամիջուկ Intel Core i7-ն է, պահանջում է գերժամանակակից գործարանի մոտ մեկ ամիս շահագործում և 150 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիա։ Միևնույն ժամանակ, մեկ բյուրեղի համար սպառվող սիլիցիումի և քիմիական նյութերի զանգվածը հաշվարկվում է առավելագույնը գրամով, պղինձը` գրամի կոտորակներով, ոսկին կոնտակտների համար` միլիգրամներով, և նույնիսկ ավելի քիչ լիգանդների համար, ինչպիսիք են ֆոսֆորը, մկնդեղը, բորը:

Բառարան

Նրանց համար, ովքեր ռիսկի են դիմում շփոթվել ենթաշերտերի, չիպերի, պրոցեսորների և բյուրեղների մեջ, ահա տերմինների փոքրիկ բառարան:

Սուբստրատ - 10-ից 45 սմ տրամագծով կլոր մեկ բյուրեղյա սիլիցիումի վաֆլի, որի վրա աճեցվում են կիսահաղորդչային միկրոսխեմաներ էպիտաքսիայի միջոցով:

Բյուրեղ, չիպ, ինտեգրալ միացում - ենթաշերտի չկապակցված մասը դրա վրա աճեցված տրանզիստորների բազմաշերտ համակարգով, որը միացված է պղնձի կոնտակտներով: Հետագայում այն ​​օգտագործվում է որպես միկրոպրոցեսորի հիմնական մաս։

Լիգանդ (դոպանտ) - կիսահաղորդչային նյութերի դեպքում՝ նյութ, որի ատոմները ներկառուցված են սիլիցիումի բյուրեղի վանդակում՝ փոխելով նրա հաղորդունակությունը։

Պրոցեսոր, միկրոպրոցեսոր - ժամանակակից համակարգիչների կենտրոնական հաշվողական տարրը: Այն բաղկացած է բյուրեղից, որը տեղադրված է կոնտակտային բարձիկի վրա և ծածկված է ջերմությունը հեռացնող ծածկով:

Ֆոտոդիմակ - կիսաթափանցիկ ափսե՝ նախշով, որի միջով անցնում է լույսը, երբ լույսը ճառագայթվում է:

Ֆոտոռեզիստ Պոլիմերային լուսազգայուն նյութ, որի հատկությունները, ինչպիսիք են լուծելիությունը, փոխվում են որոշակի տեսակի ճառագայթման ենթարկվելուց հետո։

Էպիտաքսիա - մեկ բյուրեղի կանոնավոր կողմնորոշված ​​աճը մյուսի մակերեսին: Այս դեպքում «բյուրեղյա» բառն օգտագործվում է իր հիմնական իմաստով։ Էպիտաքսիալ աճի հիման վրա պատվիրված բյուրեղների ստացման բազմաթիվ մեթոդներ կան։

Չիպ

Ժամանակակից ինտեգրալ սխեմաներ, որոնք նախատեսված են մակերեսային տեղադրման համար:

Խորհրդային և արտասահմանյան թվային միկրոսխեմաներ:

անբաժանելի(անգլ. Ինտեգրված միացում, IC, միկրոսխեմա, միկրոչիպ, սիլիկոնային չիպ կամ չիպ), ( միկրո)սխեման (IC, IC, m/s), չիպ, միկրոչիպ(անգլերեն) չիպ- չիպ, չիպ, չիպ) - միկրոէլեկտրոնային սարք - կամայական բարդության էլեկտրոնային շղթա, որը պատրաստված է կիսահաղորդչային բյուրեղի (կամ թաղանթի) վրա և տեղադրված է չբաժանվող պատյանում։ հաճախ տակ ինտեգրված միացում(IS) հասկանալ իրական բյուրեղը կամ ֆիլմը էլեկտրոնային միացում, և տակ միկրոչիպ(MS) - IP-ն փակցված է պատյանում: Միևնույն ժամանակ, «չիպի բաղադրիչներ» արտահայտությունը նշանակում է «մակերեսային ամրացման բաղադրիչներ», ի տարբերություն տախտակի վրա անցքերով ավանդական զոդման բաղադրիչների: Ուստի ավելի ճիշտ է ասել «չիպային միկրոսխեմա», նկատի ունենալով մակերեսային մոնտաժման միկրոշրջան։ Այս պահին (տարին) միկրոսխեմաների մեծ մասն արտադրվում է մակերեսային փաթեթներով:

Պատմություն

Միկրոշրջանների գյուտը սկսվել է բարակ օքսիդային թաղանթների հատկությունների ուսումնասիրությամբ, որոնք արտահայտվում են ցածր էլեկտրական լարման ժամանակ վատ էլեկտրական հաղորդունակության ազդեցությամբ։ Խնդիրն այն էր, որ երկու մետաղների շփման կետում էլեկտրական շփում չկար, կամ այն ​​ուներ բևեռային հատկություններ: Այս երևույթի խորը ուսումնասիրությունները հանգեցրին դիոդների և ավելի ուշ տրանզիստորների և ինտեգրալ սխեմաների հայտնաբերմանը:

Դիզայնի մակարդակները

• Ֆիզիկական - մեկ տրանզիստորի (կամ փոքր խմբի) բյուրեղի վրա դոպինգ գոտիների տեսքով ներդրման մեթոդներ:
• Էլեկտրական - հիմնական միացման դիագրամ(տրանզիստորներ, կոնդենսատորներ, ռեզիստորներ և այլն):
• Տրամաբանություն - տրամաբանական միացում (տրամաբանական ինվերտորներ, տարրեր ԿԱՄ-ՈՉ, ԵՎ-ՉԻ և այլն):
• Սխեմաների և համակարգերի ինժեներական մակարդակ - սխեմաների և համակարգերի ինժեներական սխեմաներ (ֆլիպ-ֆլոպներ, համեմատիչներ, կոդավորիչներ, ապակոդավորիչներ, ALU-ներ և այլն):
• Տոպոլոգիական - տոպոլոգիական ֆոտոդիմակներ արտադրության համար:
• Ծրագրի մակարդակը (միկրոկարգավորիչների և միկրոպրոցեսորների համար) - ծրագրավորողի համար հավաքող հրահանգներ:

Ներկայումս ինտեգրալ սխեմաների մեծ մասը մշակված է CAD-ի միջոցով, որը թույլ է տալիս ավտոմատացնել և զգալիորեն արագացնել տոպոլոգիական ֆոտոդիմակների ստացման գործընթացը։

Դասակարգում

Ինտեգրման աստիճանը

Նպատակը

Ինտեգրված սխեման կարող է ունենալ ամբողջական, կամայականորեն բարդ, ֆունկցիոնալություն՝ մինչև մի ամբողջ միկրոհամակարգիչ (մեկ չիպային միկրոհամակարգիչ):

Անալոգային սխեմաներ

• Ազդանշանի գեներատորներ
• Անալոգային բազմապատկիչներ
• Անալոգային թուլացուցիչներ և կարգավորվող ուժեղացուցիչներ
• Էլեկտրաէներգիայի մատակարարման կայունացուցիչներ
• Կառավարեք անջատիչ սնուցման սնուցման միկրոսխեմաները
• Ազդանշանի փոխարկիչներ
• Ժամկետային սխեմաներ
• Տարբեր սենսորներ (ջերմաստիճան և այլն)

Թվային սխեմաներ

• Տրամաբանական տարրեր
• Բուֆերային փոխարկիչներ
• Հիշողության մոդուլներ
• (Միկրո) պրոցեսորներ (ներառյալ պրոցեսորը համակարգչի մեջ)
• Մեկ չիպով միկրոհամակարգիչներ
• FPGA - Ծրագրավորվող տրամաբանական ինտեգրված սխեմաներ

Թվային ինտեգրալ սխեմաները մի շարք առավելություններ ունեն անալոգայինների նկատմամբ.

• Նվազեցված էներգիայի սպառումըկապված թվային էլեկտրոնիկայի իմպուլսային էլեկտրական ազդանշանների օգտագործման հետ: Նման ազդանշաններ ստանալու և փոխակերպելիս էլեկտրոնային սարքերի (տրանզիստորների) ակտիվ տարրերը գործում են «բանալի» ռեժիմով, այսինքն՝ տրանզիստորը կամ «բաց» է, որը համապատասխանում է բարձր մակարդակի ազդանշանին (1), կամ «փակ» է։ - (0), առաջին դեպքում երկրորդ տրանզիստորում լարման անկում չկա, դրա միջով հոսանք չի անցնում: Երկու դեպքում էլ էներգիայի սպառումը մոտ է 0-ին, ի տարբերություն անալոգային սարքերի, որոնցում տրանզիստորները հիմնականում գտնվում են միջանկյալ (դիմադրողական) վիճակում։
• Բարձր աղմուկի իմունիտետթվային սարքերը կապված են բարձր (օրինակ, 2,5 - 5 Վ) և ցածր (0 - 0,5 Վ) մակարդակի ազդանշանների մեծ տարբերության հետ: Նման միջամտության դեպքում հնարավոր է սխալ, երբ բարձր մակարդակն ընկալվում է որպես ցածր և հակառակը, ինչը քիչ հավանական է։ Բացի այդ, թվային սարքերում հնարավոր է օգտագործել հատուկ կոդեր, որոնք թույլ են տալիս ուղղել սխալները։
• Բարձր և ցածր մակարդակի ազդանշանների մեծ տարբերությունը և դրանց թույլատրելի փոփոխությունների բավականին լայն շրջանակը դարձնում է թվային տեխնոլոգիա անզգայունինտեգրված տեխնոլոգիայի մեջ տարրերի պարամետրերի անխուսափելի ցրումը վերացնում է թվային սարքերի ընտրության և կազմաձևման անհրաժեշտությունը:

Ինտեգրալ սխեմաների հայտնվելը իսկական տեխնոլոգիական հեղափոխություն է իրականացրել էլեկտրոնիկայի և ՏՏ ոլորտում: Թվում է, թե ընդամենը մի քանի տասնամյակ առաջ ամենապարզ էլեկտրոնային հաշվարկների համար օգտագործվել են հսկայական լամպային համակարգիչներ, որոնք զբաղեցնում էին մի քանի սենյակ և նույնիսկ ամբողջ շենքեր։

Այս համակարգիչները պարունակում էին հազարավոր վակուումային խողովակներ, որոնք իրենց աշխատանքի համար պահանջում էին հսկայական էլեկտրական էներգիա և հատուկ հովացման համակարգեր: Այսօր դրանք փոխարինվել են ինտեգրալ սխեմաների վրա հիմնված համակարգիչներով։

Ըստ էության, ինտեգրալային սխեման իրենից ներկայացնում է բազմաթիվ միկրոսկոպիկ կիսահաղորդչային բաղադրիչների հավաքում, որոնք տեղադրված են ենթաշերտի վրա և փաթեթավորվում մանրանկարչական փաթեթում:

Մարդկային եղունգի չափի մեկ ժամանակակից չիպը կարող է պարունակել մի քանի միլիոն դիոդներ, տրանզիստորներ, ռեզիստորներ, միացնող լարեր և այլ բաղադրիչներ, որոնք հին ժամանակներում կպահանջեին բավականին մեծ անգարի տարածք դրանք տեղավորելու համար:

Օրինակների համար հեռուն փնտրելու կարիք չկա, օրինակ i7 պրոցեսորը պարունակում է ավելի քան երեք միլիարդ տրանզիստոր 3 քառակուսի սանտիմետրից պակաս տարածքում: Եվ սա սահմանը չէ։

Հաջորդը, մենք այժմ կքննարկենք միկրոսխեմաների ստեղծման գործընթացի հիմքը: Միկրոշրջանն առաջանում է հարթ (մակերեսային) տեխնոլոգիայով՝ լիտոգրաֆիայի միջոցով։ Սա նշանակում է, որ այն, ասես, աճեցված է կիսահաղորդչից՝ սիլիկոնային հիմքի վրա:

Նախևառաջ պատրաստվում է բարակ սիլիցիումային վաֆլի, որը ստացվում է սիլիցիումի մեկ բյուրեղից՝ ադամանդապատ սկավառակի միջոցով կտրելով գլանաձև թմբուկից։ Թիթեղը փայլեցված է հատուկ պայմաններխուսափելու համար կեղտից և դրա վրա որևէ փոշուց:

Դրանից հետո ափսեը օքսիդացված է. այն ենթարկվում է թթվածնի մոտ 1000 ° C ջերմաստիճանում, որպեսզի դրա մակերևույթի վրա ստանա ուժեղ դիէլեկտրիկ սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթի շերտ՝ պահանջվող քանակի միկրոնների հաստությամբ: Այսպիսով ստացված օքսիդային շերտի հաստությունը կախված է թթվածնի ազդեցության ժամանակից, ինչպես նաև օքսիդացման ընթացքում ենթաշերտի ջերմաստիճանից։

Այնուհետև սիլիցիումի երկօքսիդի շերտի վրա կիրառվում է ֆոտոռեզիստ՝ լուսազգայուն բաղադրություն, որը ճառագայթումից հետո լուծվում է որոշակի քիմիական նյութ. Ֆոտոռեզիստի վրա դրվում է տրաֆարետ՝ թափանցիկ և անթափանց հատվածներով ֆոտոդիմակ: Այնուհետև ափսեը, որի վրա դրված է ֆոտոռեզիստենտը, բացահայտվում է՝ լուսավորված ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման աղբյուրով:

Մերկացման արդյունքում ֆոտոդիմակի թափանցիկ հատվածների տակ գտնվող ֆոտոռեզիստենտի այն հատվածը փոխում է իր. Քիմիական հատկություններ, և այժմ կարելի է հեշտությամբ հեռացնել՝ հիմքում ընկած սիլիցիումի երկօքսիդի հետ միասին, հատուկ քիմիական նյութերի, պլազմայի կամ այլ կերպ. սա կոչվում է փորագրություն: Փորագրման վերջում վաֆլի անպաշտպան տարածքները (բացահայտված) մաքրվում են մերկացած ֆոտոռեզիստից, այնուհետև սիլիցիումի երկօքսիդից:

Ենթաշերտի այն տեղերը, որոնց վրա մնում է սիլիցիումի երկօքսիդը, չբացահայտված ֆոտոռեզիստից փորագրելուց և մաքրելուց հետո սկսվում է էպիտաքսիա - սիլիկոնային վաֆլի վրա կիրառվում են ցանկալի նյութի մեկ ատոմ հաստությամբ շերտեր: Նման շերտերը կարող են կիրառվել այնքան, որքան անհրաժեշտ է: Այնուհետև ափսեը տաքացվում է, և որոշ նյութերի իոնները ցրվում են p և n շրջաններ ստանալու համար: Բորն օգտագործվում է որպես ակցեպտոր, իսկ մկնդեղն ու ֆոսֆորը՝ որպես դոնոր։

Գործընթացի վերջում մետաղացումը կատարվում է ալյումինով, նիկելով կամ ոսկով՝ ձեռք բերելու համար բարակ հաղորդիչ թաղանթներ, որոնք կգործեն որպես նախորդ փուլերում սուբստրատի վրա աճեցված տրանզիստորների, դիոդների, դիմադրիչների և այլնի միացնող հաղորդիչներ։ տախտակ.