集積回路の製造には何が含まれますか？

集積回路の製造には、通常シリコンで作られた基板層の上に半導体材料の非常に薄い表面層を作成するプロセスが含まれ、これは原子レベルで化学的に変更して、トランジスタ、コンデンサなどのさまざまなタイプの回路コンポーネントの機能を作成できます、抵抗器、およびダイオード。 これは、抵抗器、トランジスタなどの個々のコンポーネントが接続ブレッドボードに手作業で取り付けられて複雑な回路を形成していた以前の回路設計よりも進歩しています。 集積回路製造プロセスは、マイクロチップ製造施設でのさまざまなフォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを通じて、2011年時点で数十億平方センチメートルの領域に数十億個のコンポーネントを作成できるほど小さいコンポーネントで動作します。

集積回路（IC）チップは文字通り半導体材料の層であり、すべての回路コンポーネントが一連の製造プロセスで相互接続されているため、すべてのコンポーネントを個別に製造して後で組み立てる必要はありません。 マイクロチップ集積回路の最も初期の形は1959年に製造され、数十個の電子部品の粗雑なアセンブリでした。 しかし、1960年代までにICチップ上に数百のコンポーネントがあり、1969年までに最初の真のマイクロプロセッサが作成された数千のコンポーネントにより、集積回路製造の高度化は指数関数的に増加しました。 2011年現在の電子回路には、長さまたは幅が数センチメートルのICチップがあり、何百万ものトランジスター、コンデンサー、およびその他の電子部品を保持できます。 ほとんどがトランジスタを含むコンピューターシステムおよびメモリモジュール用のマイクロプロセッサーは、2011年時点で最も洗練されたICチップであり、1平方センチメートルあたり数十億個のコンポーネントを持つことができます。

集積回路製造のコンポーネントは非常に小さいため、それらを作成するための唯一の効果的な方法は、光への露出からウェーハ表面での反応を伴う化学エッチングプロセスを使用することです。 回路用のマスクまたは一種のパターンが作成され、フォトレジスト材料の薄い層でコーティングされたウェーハの表面に光が照射されます。 このマスクにより、パターンをウェーハフォトレジストにエッチングし、高温で焼き付けてパターンを固化させることができます。 次いで、フォトレジスト材料は、フォトレジスト材料が正または負の化学反応物であるかどうかに応じて、表面の照射領域またはマスク領域のいずれかを除去する溶解溶液にさらされる。 残されているのは、使用される光の波長の幅で相互接続されたコンポーネントの微細な層であり、これは紫外線またはX線のいずれかです。

マスキング後、集積回路の製造には、シリコンのドーピング、または通常リンまたはボロン原子の個々の原子の材料表面への注入が含まれ、結晶上の局所領域に正または負の電荷を与えます。 これらの帯電領域はP領域とN領域として知られており、それらが出会うと、伝送接合を形成してPN接合として知られる普遍的な電気部品を作成します。 このような接合部は、ほとんどの集積回路で2011年時点で幅が約1,000から100ナノメートルであり、各PN接合部は幅約100ナノメートルのヒト赤血球のサイズになります。 PN接合を作成するプロセスは、さまざまなタイプの電気特性を示すように化学的に調整され、接合がトランジスタ、抵抗、コンデンサ、またはダイオードとして機能することを可能にします。

コンポーネントの非常に細かいレベルと集積回路上のコンポーネント間の接続のために、プロセスが故障してコンポーネントに欠陥がある場合、ウェーハ全体を修復できないため廃棄する必要があります。 このレベルの品質管理は、2011年現在のほとんどの最新のICチップが積み重ねられ、相互に接続されて最終チップ自体を作成し、より多くの集積回路の多くの層で構成されるという事実により、さらに高いレベルに上昇します。処理能力。 回路を機能的で信頼性の高いものにするために、各回路層の間に絶縁および金属相互接続層も配置する必要があります。

集積回路の製造プロセスでは多くのリジェクトチップが製造されますが、電気試験や顕微鏡検査に合格する最終製品として機能するリジェクトチップは非常に価値があるため、プロセスの収益性が高くなります。 現在、集積回路は、コンピューターや携帯電話からテレビ、音楽プレーヤー、ゲームシステムなどの家電まで、2011年時点で使用されているほぼすべての最新の電子機器を制御しています。 また、デジタル目覚まし時計から環境サーモスタットに至るまで、ユーザーに一定レベルのプログラミング機能を提供する自動車および航空機の制御システムやその他のデジタルデバイスの重要なコンポーネントです。