Die (elettronica)

Ildieè la sottile piastrina di materialesemiconduttoresulla quale è stato realizzato ilcircuito elettronicodelcircuito integrato, a sua volta realizzato attraverso un procedimentolitografico.
Ildiesigillato nel suo contenitore, chiamato col termineinglesepackage(letteralmente "confezione", "pacchetto"), forma uncomponente elettronico(il circuito integrato). Tra ildie(di dimensioni di qualche millimetro) e i terminali accessibili del circuito integrato (chiamati col termine italiano "piedini" o col termine inglesepin) viene realizzata la connessione elettrica mediante sottilissimi fili.
La realizzazione deldie, dai primitransistorai modernimicroprocessori, contiene gran parte della storia della tecnologia elettronica a semiconduttore.
Il processo di produzione avviene su un substrato disilicio monocristallinocon bassissimo numero di impurezze edifetti cristallografici.
Tali substrati sono costituiti dawaferdi silicio del diametro tra i 10 e i 12pollici(tra 25,40 e 30,48cm) e di spessore inferiore almillimetro. Di questo substrato solo la parte superiore sarà interessata alla lavorazione, in quanto tutti i dispositivi saranno realizzati praticamente sulla superficie delwafer, in uno spessore dell'ordine dei 10÷20micron. La parte inferiore ad esso prende il nome dibulk. Per questa ragione, quando ci si riferisce alla tecnologia deicircuiti integratisi parla disilicon planar technology.
I processi necessari per ottenere iwaferper la fabbricazione dei circuiti integrati sono molto complessi ma possono essere così semplificati:
Una volta realizzato ilwaferè necessario proteggerlo da processi corrosivi, inevitabilmente innescati da eventuali particelle d'acquanell'aria, e da sollecitazioni meccaniche alle quali può essere sottoposto. A tal fine usualmente si effettua una deposizione di materiale isolante avente anche la funzione di impedire eventualicortocircuititra le piste conduttrici disposte sulayerdiversi.
L'ossido di silicio, SiO2, è il più diffusodielettricoimpiegato nella produzione dei circuiti integrati. Ci sono diverse tecniche che permettono di avere una crescita di ossido sulla superficie della fetta di silicio, ma quella più usata è l'ossidazionetermica. Questa procedura consiste nell'esporre il silicio ad agenti ossidanti, quali acqua odossigeno, ad elevatetemperaturee consente di avere un buon controllo sullo spessore dello strato ossidato e sulle proprietà chimiche dello strato di SiO2accresciuto. L'ossido di silicio, lasciato libero di agire senza nessun controllo esterno, tenderebbe a formarequarzo, ed è per questa ragione che è necessario lavorare a temperature dell'ordine dei 1000°C.
Costringendo l'ossido ad avere una crescita termica sulla fetta di silicio, infatti, si fa in modo che esso si deformi non costituendo più unastruttura cristallinamaamorfa. Un'ossidazione a temperatura ambiente, inoltre, provocherebbe lapassivazionedel silicio e bloccherebbe così il proseguimento dell'ossidazione.
A seconda che si usi come agente ossidante ossigeno (O2) o acqua (H2O), si parla rispettivamente didry oxidatione diwet oxidation.
Le reazioni chimiche che avvengono in queste ossidazioni sono rispettivamente:
L'ossido di silicio, essendo un ottimo isolante viene usato per lapassivazionedel silicio,altri composti come ilnitruro di silicio(Si3N4) vengono utilizzati per proteggere il chip dall'umidità.
Questi strati isolanti vengono di solito deposti persputteringochemicalvapordeposition(CVD).
Man mano che il processo di ossidazione avanza, il silicio viene consumato e lo spessore dellayerdi SiO2aumenta spostando l'interfaccia Si-SiO2più in profondità nel substrato di silicio. Poiché la densità del silicio è pari a 5,0 × 10atomi/cm, mentre quella dell'ossido di silicio è pari a 2,2 × 10atomi/cm, l'ossidazione comporta un aumento di volume. Tale aumento di volume si può valutare dal rapporto travolumedi ossido accresciuto e volume di silicio consumato, ed essendo pari al rapporto tra la densità del silicio e quella dell'ossido di silicio, è pari a 2,28. L'interfaccia ossido-silicio, pertanto, si abbasserà, rispetto alla posizione iniziale, del 44% dello spessore dell'ossido accresciuto, essendo 2,28= 0,44approssimandoper eccesso alla seconda cifra decimale.
La fabbricazione dei circuiti integrati suiwaferdi silicio richiede che moltilayer, ognuno con uno schema diverso, siano depositati sulla superficie uno alla volta, e che ildrogaggiodelle zone attive venga fatto nelle giuste dosi evitando che esso diffonda in regioni diverse da quelle di progetto. I varipatternusati nella deposizione deilayersul substrato sono realizzati grazie ad un processo chiamatolitografia.
Il processo di litografia si sviluppa in varie fasi.
Dapprima la superficie delwaferviene rivestita con un materiale chiamatoPhotoResist(PR); tale strato viene poi esposto selettivamente a radiazioni qualiluce ultravioletta,raggi X,fascio ionicoo fascio elettronico. La selezione dell'area da irraggiare avviene mediante l'uso di una maschera sulla quale è stato precedentemente realizzato ilpatternche si vuole conferire allayersul substrato di silicio, e che è trasparente ovunque tranne nelle zone sulle quali sono state realizzate le forme dello schema, oppure, nel caso di uso di unfascio ionico, utilizzando uncannone, controllato da un opportunosoftware, simile a quelli presenti neicinescopideitelevisori. In quest'ultimo caso si parla di elettrolitografia, mentre quando si fa uso diluce ultraviolettasi parla di fotolitografia.
Quando ilphotoresistviene bombardato da un'opportuna radiazione, essopolimerizza. Dopo l'esposizione il PR è soggetto a sviluppo (come una pellicola fotografica) che distrugge le zone esposte alla radiazione o quelle in ombra a seconda che si sia usato un PR positivo o negativo. Il primo, infatti, lascia attaccare le zone polimerizzate, il secondo, al contrario, quelle non polimerizzate ottenendo le forme duali a quelle ottenute con il primo PR citato. Solitamente lo sviluppo consta di tre attacchi acidi: nel primo si scava nel PR fino allo strato di ossido, nel secondo si giunge fino al silicio sottostante e con l'ultimo viene asportato ilphotoresistresiduo.
Il processo di rimozione delphotoresistè un processoisotropoe per questa ragione può avvenire il fenomeno del "sotto attacco" ounder etchingdurante il quale viene scavato anche ciò che si trova sotto ilresist.
I processi dietchinggeneralmente si dividono in quelli completamente isotropi, che fanno uso di reagenti chimici (attacco acido) e che vengono chiamatiwet etching, e quelli completamente anisotropi chiamatidry etching. Questi ultimi utilizzano agenti ossidanti e riducenti, prodotti da gas di processoionizzatimediante una scarica diplasma. Per questo motivo si parla diplasma etching.
Quest'ultimo tipo dietching, oltre all'isotropia, è caratterizzato dall'essere più lento del primo, dall'avere un buon controllo, una più alta risoluzione e un maggiore costo di realizzazione rispetto a quello di tipowetche dal canto suo permette di ottenere superfici più lisce.
Segue la fase di taglio delwafernei singolidice.
A questo punto i chip prodotti vengono controllati. Si definisce resa il rapporto tra il numero didicefunzionanti e quello didicetotali prodotti. Tale valore nelle moderne fabbriche è anche superiore al 90%.
Idicevengono fissati all'interno dei contenitori (processo didie-packaging) e collegati ai terminali metallici delpackage(processo diwire bonding) con filo metallico più sottile di uncapello, variabile da circa 15μm a circa 250μm, 
di diversi materiali:oro,alluminioorame.
I terminali delpackagesono il tramite con cui ildiepuò comunicare con il circuito in cui verrà inserito.