Siehe auch

• Mikrotechnik, Mikroelektronik,
• Programmable Array Logic,
• RAM, ROM,
• EPROM, Gehäusebauform elektronischer Bauelemente,
• Integrierter optischer Schaltkreis,
• Chipentwurf,
• Kundenspezifische Integrierte Schaltung (ASIC),
• FPAA,
• Mooresches Gesetz

Herstellung integrierter Schaltungen

Für spezielle Anwendungen wird auch Silizium auf dem isolierenden Substrat Saphir verwendet (SOS für Silicon on Saphire).Das Grundmaterial (Substrat) der überwiegenden Mehrzahl (mehr als 99%) der integrierten Schaltkreise ist Silizium, das gleichzeitig als aktives Material für die Transistoren dient. Für sehr hochfrequente oder optische Anwendungen kommen auch andere Materialien wie Gallium-Arsenid zum Einsatz.

Auf diesen Wafern werden durch eine wiederholte Folge von Strukturisierungs-, Ätz-, Dotier- und Abscheideprozessen die Bauelemente und die Struktur der Schaltung erzeugt. Zunächst wird aus einer hochreinen Siliziumschmelze ein einkristalliner Zylinder (Ingot) gezogen und durch Zonenschmelzen weiter gereinigt.Integrierte Schaltkreise werden industriell in großen Stückzahlen hergestellt. Die Fertigung erfolgt in extrem sauberer Umgebung, so genannten Reinräumen mit einer sehr geringen Dichte von Staubpartikeln. Dies ist nötig, weil selbst kleinste Partikel (< 0,1 µm = ca. halbe Größe eines HI-Virus) bereits den Ausfall eines kompletten Schaltkreises verursachen können. Dieser wird in 0,5-1,5 mm dünne Scheiben, die sog. Wafer, zersägt. Die heute in der Massenproduktion verwendeten Siliziumwafer haben Durchmesser von 6, 8 oder 12 Zoll (entsprechend 15, 20 oder 30 cm). Sie erhalten durch verschiedene Ätz-, Schleif- und Polierprozesse eine nahezu perfekte ebene Oberfläche mit Unebenheiten in der Größenordnung von wenigen nm. Die Dickenschwankungen (TTV-Werte, Total Thickness Variation) liegen im Bereich von wenigen µm. Die wichtigsten Prozessschritte sind.

• Fotolithografie: Aufbringen von Fotolack (Resist), Projektion der gewünschten Struktur mit kurzwelligem Licht durch eine Maske (engl. reticle oder mask, siehe Maske (Chipentwicklung)) und chemisches Entfernen der belichteten oder unbelichteten Lackbereiche (je nach Art des Lacks)
• Ätzen
• Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)
• Dotieren des Halbleiters durch Ionenimplantation oder Diffusion
• Aufbringen metallischer Schichten (sputtern)
• Thermisches Wachstum von Siliziumdioxid (SiO₂)
• Abscheiden von polykristallinem Silizium (Polysilizium)
• thermisches LPCVD oder plasmainduziertes PECVD Abscheiden von isolierenden Schichten

Für die Verdrahtung der Bauelemente werden je nach Komplexität der Schaltung bis zu zehn Lagen Aluminium oder Kupfer aufgebracht und durch Lithografieschritte strukturiert. Kondensatoren bestehen entweder aus der Schichtenfolge Substrat-SiO₂-Polysilizium oder aus zwei Metallschichten mit einer abgeschiedenen isolierenden zwischenschicht als Dielektrikum.Die aktiven Bauelemente (Transistoren) des ICs bestehen aus unterschiedlich dotierten Halbleiterbereichen (p- und n-Halbleiter) im Substrat, einer Isolationsschicht (in der Regel SiO₂) und einer Polysiliziumschicht. Widerstände werden durch Leiterbahnen aus Polysilizium, Metallen (Tantal) oder Metallverbindungen (Titannitrid) realisiert. Die Metalllagen sind jeweils durch eine abgeschiedene isolierende Schicht voneinander getrennt.