Od písku k procesoru: tajemství technologií výroby čipů | Kapitola 3
Seznam kapitol
Výroba integrovaného obvodu, jakým jsou třeba procesory nebo GPU, vyžaduje stovky složitých operací a zabere mnoho času. Už jsme si popsali, jak funguje tranzistor a ukázali základní kroky výroby tranzistoru na waferu. Dnes si rozebereme fotolitografii nebo iontovou implantaci a popíšeme i další kroky v tomto zajímavém procesu.
Difúze
utopenou vrstvu s koncentrací N+ na substrátu P lze vytvořit například difúzí (zdroj: On Semiconductor)
Difúze je společně s iontovou implantací jedním ze dvou způsobů, kterými lze dopovat polovodiče, tj. měnit koncentraci jejich příměsi a tím až změnit jejich typ vodivosti z P na N a naopak.
zdroj: On Semiconductor
Difúze se skládá ze dvou částí – předdifúze a rozdifundování. Při předdifúzi přecházejí atomy příměsi ze zdroje do waferu a usazují se u jeho povrchu. Následně se při rozdifundování atomy příměsi rozprostřou do větší plochy (až do hloubky několika mikrometrů pod povrch), sníží se jejich koncentrace u povrchu a vytvoří cílový tvar.
Zdrojový materiál s příměsí (dopant) pro difúzi může být jak v plynném (plyny proudí okolo waferů), kapalném (u desek je vanička s odpařujícími se dopanty, které se usazují na waferech), tak i pevném stavu (wafery jsou obskládané deskami s dopantem). Difúze probíhá při zvýšené teplotě, která se například při termické difúzi pohybuje okolo 1000 °C.
Výhodami difúze jsou neporušení struktur waferů a možnost zpracování více waferů současně, nevýhodami naopak horší řízení procesu (špatně se dosahují malé dávky příměsi), nutnost časově dlouhého rozdifundování a teplotní namáhání desek.
Iontová implantace
)
struktura děla pro iontovou implantaci (zdroj: plansee.com
Alternativním procesem k difúzi je iontová implantace. Iontovou implantaci si lze jednoduše představit jako dělo, které bere ionty příměsí, urychlí je na energii desítek keV až jednotek MeV a vystřelí. Elektrony doletí k povrchu waferu a v závislosti na tom, jakou mají energii, se zavrtají do jeho povrchu.
vnitřní struktura ideálního monokrystalu křemíku
Výhodou iontové implantace je přesné řízení dávky, místa a hloubky. Zejména pokud atomy dopantu střílíme ve směru krystalografické mřížky křemíku (tzv. kanálování), jsou schopné doletět velmi hluboko. Výhodou je též relativní rychlost procesu (ve srovnání s dlouhým rozdifundováním), není však možné zpracovávat více waferů současně. Další velkou nevýhodou je poničení krystalografické mřížky křemíku rychle letícími atomy dopantu, které do mřížky narážejí. Zhmoždění mřížky se následně opravuje tzv. žíháním (zahřátím waferů na vysokou teplotu se některé poruchy opraví).
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
