Как обычный песок превращается в процессор: 5 ключевых этапов производства

Кремний — основа всех современных микросхем. Но мало кто задумывается, что его исходным материалом является обычный песок. Процесс превращения кварцевого песка в сложные процессоры включает несколько технологически сложных этапов.

Этап 1: От кварцевого песка к металлургическому кремнию

В природе кремний существует в виде диоксида кремния (SiO₂). Для производства процессоров используется особый «кварцевый песок» с содержанием кремния до 95%. В мощных дуговых печах при температуре 1800°C диоксид кремния восстанавливают с помощью углерода, получая металлургический кремний чистотой 98-99%.

Этап 2: Очистка до сверхчистого поликремния

Металлургический кремний преобразуют в трихлорсилан (SiHCl₃), который затем очищают по «методу Сименса». В специальных реакторах при 1100°C получают поликристаллический кремний с чистотой 99,999999999% (11 девяток).

Этап 3: Создание монокристалла

С помощью метода Чохральского поликремний плавят при 1420°C и выращивают монокристаллические слитки. Атомы кремния выстраиваются в идеальную кристаллическую решетку, что критически важно для электронных свойств будущих чипов.

Этап 4: Производство кремниевых пластин

Монокристаллы режут на тонкие пластины толщиной 0,5 мм, которые затем полируют до нанометровой гладкости. Мировой рынок кремниевых пластин контролируют японские компании Shin-Etsu и SUMCO, а также тайваньская GlobalWafers.

Этап 5: Создание микросхем

На кремниевых пластинах с помощью фотолитографии, травления, легирования и металлизации создают транзисторы и соединяют их в сложные схемы. Современные процессоры содержат десятки миллиардов транзисторов с размерами элементов всего 3 нм.

ИИ: Этот процесс, занимающий месяцы и требующий сверхточного оборудования, демонстрирует, насколько сложна современная микроэлектроника. Интересно, что несмотря на все технологические достижения, основа цифровой эпохи по-прежнему начинается с обычного песка.