ICチップを一から設計して自分で製造までするツワモノが登場、自家製チップはこんな感じ

集積回路(IC)はあらゆる電子機器に用いられるもので、非常に洗練された製造工場で大量生産されています。そのICチップを、設計からシリコンのマスクやドープ、蒸着、エッチングなども含めてすべてガレージで作業したというツワモノが現れて、その様子をブログで公開しています。

First IC :) – Sam Zeloof
http://sam.zeloof.xyz/first-ic/#

自宅ガレージでICチップを製造したのはサム・ゼローフ氏。アメリカ・ニュージャージー州で、大学などの研究者向けにSEMの貸し出しやスパッタリングのサンプル作成などをサポートするサービスを提供しているとのこと。ゼローフ氏は、自身のガレージにある機材を使って、一からICチップを設計して製造するというチャレンジを行いました。

ICチップ「Z1」の設計では、Magic VLSIを使ってアクティブ/ドープ領域、ゲート酸化膜、コンタクトウインドウ、トップメタルの4つのマスクをデザインしたとのこと。

アクティブ/ドープ領域

ゲート酸化膜

コンタクトウインドウ

トップメタル

ゼローフ氏によるとガレージでのICチップ自作では、イオン汚染の観点からNチャンネル型よりもPチャンネル型のMOSの方が作りやすいとのこと。マスクは簡単に投影できるようにすべて16：9のアスペクト比で設計したそうです。

デザインを基にしたICチップ製造では66段階の製造プロセスを経るとのこと。ICチップ製作にはトータルで約12時間かかるそうで、「プロセスの歩留まりは、その日のコーヒー摂取量に大きく依存する」とゼローフ氏は述べており、かなり根気のいる作業のようです。

Epilogファイバーレーザーで、50mmのN型シリコンウエハーを5.08mm×3.175mmの長方形に切り分けます。

ダイサイズは京セラの24ピンDIPキャリアに適合するように決められているとのこと。

ピラニア溶液(H2SO4：H2O2)、RCA1(H2O：NH3：H2O2)、RCA2（H2O：HCL：H2O2）で洗浄後、薄いHF液に浸けて自然酸化膜を作ります。

フィールド酸化膜は蒸着による湿式酸化を採用。酸化膜は5000～8000オングストローム(500～800nm)の厚さまで成長するとのこと。

酸化されたウエハーはこんな感じ。

レジストパターン

90度のホットプレートで30分間ソフトベークし、さらにハードベークして酸化物層を転写します。

次にリソグラフィのプロセス。アクティブ領域を Mark IV maskless photolithography stepper(365nm)にさらして、KOH液に浸けます。

続いてドーピング。固体ソースはホウ素窒化物で、標準的な「Spin-On Glass & Spin-On Dopants Application Procedure」でドープするそうです。

さらに、パターニング工程をゲート酸化膜層に対して2回、コンタクト層に対して2回繰り返します。ドープ工程でウエハー全体が酸化されているため、メタル層にソース/ドレインドープ領域との接触を作るため、コンタクトウインドウが掘られる必要があります。

すべてのトランジスタが形作られて相互に接続されると、アルミニウム層をスパッタリングします。

そして、メタル層をフォトグラフィーでパターン処理し、高温のリン酸中でエッチングしてICチップが完成。

設計通りにできているようです。

なお、ゼローフ氏はワイヤーボンダーを所有していないので、テストは限定されているとのこと。

MOSFETのIds/Vds曲線は、理想とはかけ離れているものの、適切なワイヤーボンディングができれば改善すると予想できるそうです。

ゼローフ氏は、自分で設計したICチップを製造することで、物理、化学、光学、電気学などをこれまで以上に学習することができたとのこと。ICチップ自作に協力してくれた多くのサポーターに感謝しつつ、自身の試みが他の人を刺激して、ホームチップ製造革命の一助になれば幸いだと述べています。