Главная arrow Интегральные микросхемы arrow Изготовление транзистора
Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
Изготовление транзистора Печать
На этой серии рисунков в упрощенном виде показаны этапы изготовления интегральной микросхемы. На самом деле в ходе этого чрезвычайно сложного, продолжающегося до двух месяцев процесса обработке подвергается сразу несколько сот микросхем, размещенных на единой кремниевой пластине, подобной той, что изображена на рисунке. Здесь же мы рассматриваем лишь один транзистор - крошечную часть микросхемы, увеличенную в 2500 раз. Этот транзистор условно является представителем миллионов элементов и соединений, которые в действительности изготавливаются одновременно.

Процесс под названием фотолитография начинается с пластины кремния толщиной всего 0,1 мм, к которому добавляются примеси (в данном примере - атомы бора), создающие «дырки» - области с недостатком электронов, - которые ведут себя как носители положительного заряда. На каждом из 24 основных этапов изготовления микросхемы подложка из кремния p-типа покрывается тонким слоем светочувствительной эмульсии и облучается ультрафиолетовым светом, проходящим через маску. В результате последовательных процессов травления, введения примесей, химического покрытия и металлизации поверхности кристалла создается 4 слоя, каждый из которых по толщине не превосходит сотой доли самого кристалла.

Готовый транзистор относится к так называемому n-МОП-типу (структура металл-окисел-проводник n-типа). Поскольку он потребляет меньше электроэнергии и выделяет меньше тепла, чем аналогичный прибор p-типа, он применяется в схемах, где на одном кристалле требуется уместить тысячи компонентов.
 
         
          
 
Кремниевый субстрат p-типа покрывают изолирующим слоем двуокиси кремния (желтый) в газовой печи при очень высокой температуре.
 Накладывая слой фоторезистивного материала (синий) эмульсии, чувствительной только к ультрафиолетовому излучению, подготавливают кристалл к наложению первой фотомаски Под действием лучей, прошедших через «диффузионную» маску, фоторезист затвердевает. Области, оставшиеся под непрозрачными частями маски, остаются незатвердевшими.
     
Растворителем смывают необлученный фоторезист, обнажая оксидный слой с затвердевшей структурой фоторезиста. Верхний слой двуокиси кремния удаляется при обработке горячим газом. Остается лишь сверхтонкий изолирующий слой. Накладывается слой поликристаллического кремния (оранжевый). Этот синтетический кремний служит затвором транзистора.
     
Накладывается слой поликристаллического кремния (оранжевый). Этот синтетический кремний служит затвором транзистора. Перед облучением кристалла через вторую фотомаску поликремний покрывают пленкой фоторезиста.  L-образная структура фоторезиста затвердевает под действием света; остальную часть поверхности закрывает маска.
     
Необлученный фоторезист смывают растворителем; остается лишь затвердевшая L-образная структура. Лишний поликремний и очень тонкий оксидный слой удаляют травлением, обнажая кремниевую основу (белая). После удаления оставшегося фоторезиста над поверхностью возвышается поликремниевая структура - затвор транзистора.
     
При введении фосфора в кремниевые углубления в кремниевой подложке p-типа образуются зоны n-типа (зеленые). На третьей стадии процесса новый слой двуокиси кремния изолирует структуру транзистора от металлизации. Пленка фоторезиста подготавливает микросхему к формированию углублений, через которые к поликремниевому затвору и зонам полупроводника n-типа, подводятся металлические контакты.
     
При облучении через маску фоторезист затвердевает везде, кроме трех маленьких окон (черные), служащих для подведения контактов. При удалении незатвердевшего фоторезиста обнажаются три пятна оксида (желтые) в местах, предназначенных для контактов. Эти пятна удаляют кислотой, открывая окна к кремниевым областям n-типа (зеленые) и поликремниевому затвору (оранжевый).
     
Оставшийся фоторезист удаляют. Две области n-типа (зеленые) служат истоком и стоком. Всю поверхность покрывают тонким слоем алюминия, который заполняет и окна для электрических контактов. Фоторезист подготавливает микросхему к наложению следующей, последней маски, с помощью которой наносится карта расположения алюминиевых проводников.
     
При облучении через маску фоторезист над алюминиевыми дорожками затвердевает; по этим дорожкам к транзистору (и от него) подводится ток. Растворителем смывают незатвердевший фоторезист, обнажая лишний металл, подлежащий удалению. В результате последнего травления металл остается лишь в окнах, ведущих к зонам n-типа и на соединительных дорожках, проложенных на поверхности.
 
 
 
 

Как работает готовый транзистор.

Этот рисунок, на котором показано несколько сечений, помогает понять, как транзистор действует в качестве переключателя. В отсутствие заряда на поликремневом затворе (А) между истоком n-типа и стоком n-типа (соответственно В и С) ток не проходит. Но при подаче на затвор положительного заряда (красная стрелка) он, действуя через сверхтонкий оксидный слой (желтый), временно создает канал n-типа и включает транзистор. Теперь ток (синяя стрелка) протекает от истока к стоку и через алюминиевый проводник D проходит к другим компонентам схемы