Od písku k procesoru — výroba křemíkového waferu | Kapitola 8
Seznam kapitol
Procesor a další integrované obvody má ve svém počítači každý z nás. Jen málokdo však ví, jak složitá je výroba miniaturních obvodů s až miliardami tranzistorů, která často zabere i několik měsíců. V první části seriálu vám umožníme nahlédnout do procesu výroby moderního procesoru od křemenného písku až k dokonale čistému křemíkovému waferu.
stroje k leštění waferů
Ačkoliv by se mohlo zdát, že po lapování a leptání je již povrch křemíkových desek dostatečně rovný, ve skutečnosti se ještě dále zarovnává a vyhlazuje leštěním. Při leštění se wafery přisáté k podložce pohybují po kotouči s leštící podložkou. Prostor mezi wafery a leštící podložkou je naplněn vodní emulzí s částicemi oxidu křemičitého a čistidly. Dochází k chemicko-mechanickému čištění, kdy je povrch waferu vyleštěn do dokonale zrcadlového lesku.
vyleštěný wafer v muzeu společnosti Intel
Na povrchu vyleštěného waferu zůstává množství nečistot. Ty všechny je nutné postupně odstranit, provádí se proto postupně několik chemických čištění, během kterých se na křemíkové desky působí zvukem o frekvenci okolo 1 MHz (pomáhá uvolnit usazeniny). První čištění je směsí kyseliny sírové a peroxidu vodíku, které odstraní organické zbytky. Následuje leptání kyselinou fluorovodíkovou, které povrchu odnese usazené oxidy a zbytky leštící vodní emulze. Třetí čištění probíhá v roztoku hydroxidu amonného a peroxidu vodíku, které odnese prachové částice a zabraňuje jejich opětovnému usazování. Poslední čištění je směsí kyseliny chlorovodíkové s peroxidem vodíku a z povrchu waferu odnese usazené částice kovů.
vlevo vizuální kontrola waferu, vpravo technika mechanického čištění
Připravené wafery je potřeba před výrobou samotných integrovaných obvodů zkontrolovat. Měření probíhají bezkontaktně a měří se jak elektrické parametry waferů (měrný odpor), tak mechanické vlastnosti jako je deformace (zakřivení desky) nebo tloušťka desky a její proměnnost. Protože po měření mohou být na desce opět nečistoty, probíhá poslední čištění, kdy desku oplachuje roztok hydroxidu amonného a současně ji mechanicky čistí jemné kartáče z polyvinylalkoholu (PVA). Po následné optické kontrole jsou wafery připraveny k případnému zabalení a přepravě do jiné továrny, kde na nich jsou vyrobeny vlastní integrované obvody.
Dostali jsme se na konec první části článku o výrobě procesorů. V té jsme podrobně prošli výrobu křemíkových waferů z písku a jejich následné úpravy. Wafery jsou základním prvkem pro výrobu všech integrovaných obvodů. Příští týden vám přineseme druhou část článku, ve které projdeme samotnou výrobu procesoru na těchto křemíkových deskách.
Poděkování
V článku byly použity materiály společnosti On Semiconductor, která se zabývá návrhem a výrobou integrovaných obvodů.
