Die Herstellung integrierter Schaltungen umfasst einen Prozess der Erzeugung sehr dünner Oberflächenschichten aus halbleitendem Material auf einer Substratschicht, die normalerweise aus Silizium besteht und die auf atomarer Ebene chemisch verändert werden kann, um die Funktionalität verschiedener Arten von Schaltungskomponenten zu schaffen, einschließlich Transistoren, Kondensatoren , Widerstände und Dioden. Es ist ein Fortschritt gegenüber früheren Schaltungsdesigns, bei denen einzelne Komponenten von Widerständen, Transistoren und mehr von Hand an einer Verbindungsplatine befestigt wurden, um eine komplexe Schaltung zu bilden. Ein Herstellungsprozess integrierter Schaltungen arbeitet mit so kleinen Bauelementen, dass ab 2011 durch verschiedene Fotolithografie- und Ätzprozesse in einer Mikrochip-Fertigung Milliarden von ihnen auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern hergestellt werden können.
Ein integrierter Schaltkreis oder IC-Chip ist buchstäblich eine Schicht aus halbleitendem Material, bei der alle Schaltkreiskomponenten in einer Reihe von Herstellungsprozessen miteinander verbunden werden, sodass nicht mehr alle Komponenten einzeln hergestellt und später zusammengebaut werden müssen. Die früheste Form eines integrierten Mikrochip-Schaltkreises wurde 1959 hergestellt und war eine grobe Baugruppe aus mehreren Dutzend elektronischer Komponenten. Die Komplexität der Herstellung integrierter Schaltungen nahm jedoch exponentiell zu, mit Hunderten von Komponenten auf IC-Chips in den 1960er Jahren und Tausenden von Komponenten bis 1969, als der erste echte Mikroprozessor entwickelt wurde. Elektronische Schaltungen ab 2011 haben IC-Chips von wenigen Zentimetern Länge oder Breite, die Millionen von Transistoren, Kondensatoren und anderen elektronischen Komponenten aufnehmen können. Mikroprozessoren für Computersysteme und Speichermodule, die hauptsächlich aus Transistoren bestehen, sind seit 2011 die fortschrittlichste Form von IC-Chips und können Milliarden von Komponenten pro Quadratzentimeter aufweisen.
Da die Komponenten bei der Herstellung integrierter Schaltungen so klein sind, ist der einzige effektive Weg, sie zu erzeugen, chemische Ätzprozesse zu verwenden, die Reaktionen auf der Waferoberfläche durch Lichteinwirkung beinhalten. Für die Schaltung wird eine Maske oder eine Art Muster erzeugt, durch das Licht auf die mit einer dünnen Schicht aus Photoresistmaterial beschichtete Waferoberfläche gestrahlt wird. Diese Maske ermöglicht das Ätzen von Mustern in den Wafer-Photoresist, der dann bei hoher Temperatur gebacken wird, um das Muster zu verfestigen. Das Photoresistmaterial wird dann einer auflösenden Lösung ausgesetzt, die entweder den bestrahlten Bereich oder den maskierten Bereich der Oberfläche entfernt, je nachdem, ob das Photoresistmaterial ein positiver oder negativer chemischer Reaktant ist. Zurück bleibt eine feine Schicht miteinander verbundener Komponenten mit einer Breite der Wellenlänge des verwendeten Lichts, das entweder ultraviolettes Licht oder Röntgenstrahlen sein kann.
Nach der Maskierung umfasst die Herstellung integrierter Schaltungen die Dotierung des Siliziums oder die Implantation einzelner Atome von normalerweise Phosphor- oder Boratomen in die Oberfläche des Materials, wodurch lokale Bereiche auf dem Kristall entweder eine positive oder negative elektrische Ladung erhalten. Diese geladenen Bereiche sind als P- und N-Bereiche bekannt und bilden dort, wo sie sich treffen, einen Übertragungsübergang, um eine universelle elektrische Komponente zu schaffen, die als PN-Übergang bekannt ist. Derartige Übergänge sind ab 1,000 für die meisten integrierten Schaltkreise etwa 100 bis 2011 Nanometer breit, was jeden PN-Übergang etwa so groß wie ein menschliches rotes Blutkörperchen macht, das etwa 100 Nanometer breit ist. Der Prozess der Herstellung von PN-Übergängen ist chemisch so zugeschnitten, dass er verschiedene Arten von elektrischen Eigenschaften aufweist, sodass der Übergang als Transistor, Widerstand, Kondensator oder Diode fungieren kann.
Aufgrund der sehr feinen Komponenten und Verbindungen zwischen Komponenten auf integrierten Schaltkreisen muss bei Prozessunterbrechungen und fehlerhaften Komponenten der gesamte Wafer weggeworfen werden, da er nicht repariert werden kann. Dieses Niveau der Qualitätskontrolle wird dadurch noch gesteigert, dass die meisten modernen IC-Chips ab 2011 aus vielen Schichten integrierter Schaltkreise bestehen, die übereinander gestapelt und miteinander verbunden sind, um den endgültigen Chip selbst zu bilden und ihm mehr zu geben Verarbeitungsleistung. Isolierende und metallische Verbindungsschichten müssen auch zwischen jeder Schaltungsschicht angeordnet werden, um die Schaltung funktionsfähig und zuverlässig zu machen.
Obwohl viele Ausschusschips im Herstellungsprozess integrierter Schaltungen produziert werden, sind diejenigen, die als Endprodukte funktionieren, die elektrische Tests und Mikroskopprüfungen bestehen, so wertvoll, dass der Prozess hochprofitabel ist. Integrierte Schaltkreise steuern heute fast jedes moderne elektronische Gerät, das seit 2011 verwendet wird, von Computern und Mobiltelefonen bis hin zu Unterhaltungselektronik wie Fernsehern, Musikplayern und Spielsystemen. Sie sind auch wesentliche Komponenten von Automobil- und Flugzeugsteuerungssystemen und anderen digitalen Geräten, die dem Benutzer ein gewisses Maß an Programmiermöglichkeiten bieten, das von digitalen Weckern bis hin zu Umgebungsthermostaten reicht.