Tillverkning av integrerade kretsar innebär en process för att skapa mycket tunna ytskikt av halvledande material ovanpå ett substratskikt, vanligtvis gjorda av kisel, som kan förändras kemiskt på atomnivå för att skapa funktionaliteten hos olika typer av kretskomponenter, inklusive transistorer, kondensatorer , motstånd och dioder. Det är ett framsteg jämfört med tidigare kretskonstruktioner där enskilda komponenter av resistorer, transistorer och mer anslutits för hand till en anslutningsbräda för att bilda komplexa kretsar. En process för tillverkning av integrerade kretsar fungerar med komponenter som är så små att miljarder av dem kan skapas på ett område på några kvadratcentimeter från och med 2011, genom olika fotolitografi- och etsningsprocesser i en anläggning för tillverkning av mikrochips.
En integrerad krets, eller IC, chip är bokstavligen ett lager av halvledande material där alla kretskomponenter är sammankopplade i en serie av tillverkningsprocesser så att alla komponenter inte längre behöver tillverkas individuellt och monteras senare. Den tidigaste formen av integrerad mikrochipkrets tillverkades 1959 och var en rå sammansättning av flera dussin elektroniska komponenter. Den sofistikerade tillverkningen av integrerade kretsar ökade dock exponentiellt, med hundratals komponenter på IC-chips på 1960-talet och tusentals komponenter till 1969 när den första riktiga mikroprocessorn skapades. Elektroniska kretsar från och med 2011 har IC-chips på några centimeter i längd eller bredd som kan hålla miljontals transistorer, kondensatorer och andra elektroniska komponenter. Mikroprocessorer för datorsystem och minnesmoduler som mest innehåller transistorer är den mest sofistikerade formen av IC-chips från och med 2011, och kan ha miljarder komponenter per kvadratcentimeter.
Eftersom komponenterna i tillverkning av integrerade kretsar är så små, är det enda effektiva sättet att skapa dem att använda en kemisk etsningsprocess som involverar reaktioner på skivans yta från exponering för ljus. En mask eller ett slags mönster skapas för kretsen och ljus lyser genom den på waferns yta som är belagd med ett tunt lager av fotoresistmaterial. Denna mask tillåter att mönster etsas in i wafer-fotoresisten som sedan bakas vid hög temperatur för att stelna mönstret. Fotoresistmaterialet exponeras sedan för en upplösande lösning som tar bort antingen det bestrålade området eller det maskerade området av ytan beroende på om fotoresistmaterialet är en positiv eller negativ kemisk reaktant. Det som finns kvar är ett fint lager av sammankopplade komponenter med en bredd av ljusets våglängd, som kan vara antingen ultraviolett ljus eller röntgenstrålar.
Efter maskering involverar tillverkning av integrerade kretsar dopning av kisel eller implantation av individuella atomer av vanligtvis fosfor- eller boratomer i ytan av materialet, vilket ger lokala regioner på kristallen antingen en positiv eller negativ elektrisk laddning. Dessa laddade områden är kända som P- och N-regioner, och där de möts bildar de en transmissionsövergång för att skapa en universell elektrisk komponent känd som en PN-övergång. Sådana korsningar är cirka 1,000 100 till 2011 nanometer breda från och med 100 för de flesta integrerade kretsar, vilket gör att varje PN-övergång är ungefär lika stor som en mänsklig röd blodkropp, som är ungefär XNUMX nanometer bred. Processen att skapa PN-övergångar är skräddarsydda kemiskt för att uppvisa olika typer av elektriska egenskaper, vilket gör det möjligt för övergången att fungera som en transistor, resistor, kondensator eller diod.
På grund av den mycket fina nivån av komponenter och kopplingar mellan komponenter på integrerade kretsar, när processen går sönder och det finns felaktiga komponenter, måste hela wafern slängas eftersom den inte kan repareras. Denna nivå av kvalitetskontroll ökas till en ännu högre nivå av det faktum att de flesta moderna IC-chips från 2011 består av många lager av integrerade kretsar staplade ovanpå varandra och anslutna till varandra för att skapa själva det slutliga chippet och ge det mer process kraft. Isolerande och metalliska sammankopplingsskikt måste också placeras mellan varje kretsskikt, samt för att göra kretsen funktionell och pålitlig.
Även om många avfallschips produceras i tillverkningsprocessen för integrerade kretsar, är de som fungerar som slutprodukter som klarar elektriska tester och mikroskopinspektioner så värdefulla att det gör processen mycket lönsam. Integrerade kretsar styr nu nästan alla moderna elektroniska enheter som används från och med 2011, från datorer och mobiltelefoner till konsumentelektronik som tv-apparater, musikspelare och spelsystem. De är också väsentliga komponenter i kontrollsystem för bilar och flygplan och andra digitala enheter som erbjuder en nivå av programmeringsförmåga för användaren, allt från digitala väckarklockor till miljötermostater.