Od písku k procesoru — Tajemství tranzistorů | Kapitola 9
Seznam kapitol
Výroba integrovaného obvodu, jakým jsou například procesory nebo jádra grafických karet, vyžaduje stovky složitých operací a zabere mnoho času. Navážeme na článek, v němž jsme se věnovali výrobě waferu a vysvětlíme si, jak fungují a jak se vyrábějí tranzistory — základní stavební kámen integrovaného obvodu.
v oxidu jsou vytvořena okna pro bázi a izolaci (vlevo), po jejím vytvoření jsou okna opět uzavřena (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)
V dalším kroku je vytvořena báze tranzistoru. V oxidu jsou proto otevřena okna pro bázi (proces fotolitografie) a současně se i znovu otvírají okna pro izolaci. Báze tranzistoru NPN i izolace má totiž vodivost typu P a při dotaci (proces difúze nebo proces iontové implantace) je vytvořena jak báze, tak i zlepšena izolace součástek těsně pod povrchem. Po ukončení dotace jsou okna opět uzavřena (proces oxidace).
vytvoření oken pro kolektor a emitor (vlevo) a jejich opětovné uzavření po ukončení dotace (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)
Po vytvoření báze je potřeba vytvořit v ní emitor s opačnou vodivostí a silně dopovaný kontakt kolektoru (v našem případě mojí oba typ vodivosti N). V oxidu jsou proto vytvořena okna v těchto oblastech (proces fotolitografie) a následnou dotací pětimocné příměsi (proces difúze nebo proces iontové implantace) jsou v prostorech pod okny vytvořeny silně dopované oblasti typu N+. Po ukončení dotace jsou okna uzavřena (proces oxidace).
vytvoření oken pro kontakty (vlevo) a depozice hliníkové vrstvy (vpravo) (zdroj: On Semiconductor)
Hotové tranzistory je potřeba nakontaktovat, aby bylo možné následně vytvořit síť spojů mezi jednotlivými prvky. V místech budoucích kontaktů jsou proto v oxidu vytvořena okna (proces fotolitografie) a následně je na celý wafer nanesena vrstva kovu (proces vakuového naprašování nebo proces katodového napařování).
zdroj: On Semiconductor
Vrstva hliníku je následně pomocí masky (proces fotolitografie) vyleptána tak, aby na waferu zůstaly jen požadované kontakty na bázi, kolektor a emitor všech tranzistorů.
Dostali jsme se na konec druhé části článku o výrobě integrovaných obvodů. V té jsem se pokusil srozumitelně vysvětlit, jak fungují polovodiče a tranzistory — základní stavební prvek dnešních integrovaných obvodů. Vysvětlit jsem také základní postup, kterým se tranzistory na waferu vyrábějí. V následujícím dílu popíši všechny výrobní kroky, které jsem dnes zmínil (jako například litografii, difúzi, vakuové naprašování apod.) a dostanu se i k testování integrovaných obvodů.
Poděkování
V článku byly použity výukové materiály společnosti On Semiconductor, která se zabývá návrhem a výrobou integrovaných obvodů.
Pokud byste se rádi výrobou nebo vývojem integrovaných obvodů živili, mohu vám za sebe doporučit Fakultu Elektrotechniky a Komunikačních Technologií VUT v Brně. Sám jsem se jako student oboru Mikroelektronika k výrobě integrovaných obvodů dostal a v rámci jednoho z předmětů jsme integrované obvody na waferu v čistých prostorách i vyráběli.
