Для создания структур элементов схемы — транзисторов, резисторов и др. применяют планарную с тройной диффузией и эпитаксиально-планарную технологию, фотолитографию, химическое травление и другие методы обработки. Технологический процесс состоит из более чем 100 операций, как правило, автоматизирован и управляется при помощи ЭВМ.
Диффузией называется введение легирующих примесей третьей или пятой группы элементов таблицы Менделеева в чистый полупроводниковый кристалл. Диффузия применяется для создания р-п переходов. От количества внедренных примесей зависит электропроводность участков кристалла. Глубина диффузионного слоя не превышает 3— 5 мкм.
Окисление — получение окисной пленки на поверхности участка кристалла осуществляется воздействием перегретого насыщенного кислородом водяного пара на участки кристалла при температуре около 1000°С. Толщина пленки и скорость ее наращивания зависят от концентрации кислорода в паровой фазе и температуры. Толщина обычно не превышает 1,5 мкм.
Фотолитография предшествует химическому травлению участков кристалла. Фотолитография состоит в нанесении защитной пасты — фоторезиста на поверхность кристалла, подготовке фотомасок-трафаретов и их совмещении с кристаллами, облучении ультрафиолетовыми лучами и последующей химической обработке, промывке и сушке. Метод фотолитографии обладает разрешающей способностью в 200 и более линий на миллиметр, что позволяет формировать элементы с размерами до 2 мкм.
Химическое травление кремния производится в жидкой или парообразной плавиковой кислоте, в смесях различных кислот или щелочей в присутствии стабилизирующих реагентов.
Эпитаксия — процесс осаждения атомарного кремния на монокристаллической кремниевой подложке, при котором полученная пленка служит продолжением структуры основания. Обычно выполняют осаждение легированной пленки одной структуры (например, п-типа) на легированное основание другой структуры р-типа. При различных типах электропроводности на границе пленки и основания возникает р-п переход. В эпитаксиаль-но-планарной структуре пленка достигает толщины до 25 мкм, и в ней размещаются все элементы ИС. Полупроводниковые ИС изготовляют групповым методом, при котором на одной пластине диаметром до 60 мм одновременно создается 300—500 структур — набор элементов и межсоединений; параллельно обрабатывается партия в 20—30 пластин. Затем кристалл разрезают на части, которые монтируют в корпусах.
При изготовлении микросхем используется фотопроцесс, при этом схему формируют на подложке, обычно из диоксида кремния, полученной термическим_оксидированием кремния. Ввиду малости размера элементов микросхем, от использования видимого света и даже ближнего ультрафиолета при засветке давно отказались. В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают ширину полосы фотоповторителя и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле.
Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости c рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами вытравливания и напыления.
В 70-х годах ширина полосы составляла 2 8 мкм, в 80х была улучшена до 0,5-2 мкм. Некоторые экспериментальные образцы рентгеновского диапазона обеспечивали 0,18 мкм.
В 90-х годах из-за нового витка «войны платформ» экспериментальные методы стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться. В начале 90-х процессоры (например ранние Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм. Потом их уровень поднялся до 0,25-0,35 мкм. Следующие процессоры (Pentium 2, K6-2+,
В конце 90х фирма Texas Instruments создала новую ультрафиолетовую технологию с шириной полосы около 0,08 мкм. Но достичь её в массовом производстве не удавалось вплоть до недавнего времени. Она постепенно продвигалась к нынешнему уровню, совершенствуя второстепенные детали. По обычной технологии удалось обеспечить уровень производства вплоть до 0,09 мкм.
Новые процессоры (сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 0,045 мкм. Есть и другие микросхемы давно достигшие и превысившие данный уровень (в частности видеопроцессоры и flash-память фирмы Samsung — 0,040 мкм). Тем не менее дальнейшее развитие технологии вызывает всё больше трудностей. Обещания фирмы 2006 году так и не сбылись.
Сейчас альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над техпроцессом 0,032 мкм.
Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.