Kapitoly článku:
V další fázi je opět na wafer nanesena fotocitlivá vrstva (modrá barva), (11) ozářena UV zářením a vymyta. Tentokrát bude chránit místa, kam nemá být implantována vrstva iontů. Pomocí procesu nazvaného ion implantation jsou nechráněné části waferu bombardovány proudem akcelerovaných iontů. (12) Ty jsou naneseny do plátu křemíku tak, aby upravily schopnost tranzistorů vést elektrický proud. Ionty urychlené pomocí elektrického pole jsou na povrch vystřelovány rychlostí až 300 000 km/h. Opět se dostáváme k fázi vymytí světlocitlivé vrstvy a části tranzistoru, které byly vystaveny proudu iontů, mají teď implantované nové atomy (zelená barva). Všimněte si mírných změn v zelené barvě. (13)
Ještě vývody
Tranzistor už je téměř hotov, fialovou barvou je zvýrazněna izolační vrstva na jeho povrchu. (14) Všimněte si tří otvorů, které budou následně zaplněné měděným vodičem. Ten poslouží k připojení na okolní tranzistory.
Při elektrickém pokovování se křemíkové pláty ponoří do roztoku síranu měďnatého, který možná znáte ze školy pod názvem modrá skalice. Pomocí elektrolýzy je pak na wafer nanesena vrstvička mědi tak, že ionty mědi z roztoku putují z kladně nabité anody k negativně nabité katody, kterou v tomhle případě představuje plát křemíku. (15) Celý povrch se zaplnil mědí, (16) která je pak následně leštěním odstraněna tak, aby zůstala měď pouze v otvorech v tranzistoru. (17)
Měděné „konektory“ tranzistoru jsou propojeny vrstvou měděných můstků, (18) které můžeme považovat za jakési jednoduché dráty nebo spoje. Konkrétní propojení tranzistorů je dané konkrétní architekturou čipu. I když na pohled vypadají procesory poměrně tenoučké, uvnitř se skrývá až dvacet vrstev komplexních obvodů spojujících jednotlivé tranzistory.
Pokud se podíváte na samotný čip pod mikroskopem s dostatečnou zvětšovací schopností, uvidíte opravdu komplexní síť spojů a tranzistorů, která vypadá jako futuristická, několikaúrovňová dálnice. Až je fáze nanášení vrstev hotova, následují první testy. Do obvodů jsou pouštěny testovací sekvence a ověřuje se správná reakce. (19) Nakonec je afer rozřezán na jednotlivé čipy – ne však kotoučem (20) nebo laserem, ale vodním paprskem, aby nebyl poškozen jejich povrch.
Z nařezaného waferu jsou postupně odebírány teoreticky „funkční“ procesory, které prošly prvním testem. Zbytek se vyřazuje. (21) Poslední fází je zapouzdření čipu, (22) zde procesoru, který je propojen se spodní deskou s piny a následně zakryt kovovým heatspreaderem, který se postará o optimální rozvod tepla z procesoru a zároveň chrání křehké křemíkové jádro.
Oříšek do budoucna
Tranzistory v čipech se dnes vyrábí technologií 22 nm (složitější procesory) nebo 20 nm (paměťové čipy). Během následujících tří generací se technologie přiblíží k hranici 10 nm, což už bude znamenat problém pro tranzistory pracující s elektrickým nábojem. U takové velikosti už začne docházet k výrazným únikům, což je samozřejmě neslučitelné se správným fungováním čipu. Dochází ke skokovému zhoršení odporu, který se začne chovat podivně dle kvantové mechaniky.
Současné čipy nejsou z pohledu čistoty křemíku dokonalé. Křemík je sice obvykle výrazně čistší než surový materiál při jeho těžbě, u waferů ale dochází k rozložení nečistot do krajů. Ze středu waferu se proto vyrábějí ty nejlepší, nejvýkonnější a nejdražší modely čipů, které zvládají vysoké frekvence s udržením potřebné spotřeby.
U budoucích materiálů, ze kterých budou čipy vyrobeny, však již nestačí pouze udržet čistotu, ale i samotnou atomovou strukturu. Jak totiž ukázal výzkum, i mírná rozdílnost v uspořádání může vést k několikanásobně jiným hodnotám odporu, což je z hlediska fungování čipu s velkou pravděpodobností neřešitelný problém. Výroba čipů pod hranicí 10 nanometrů bude mnohem náročnější než v případě současné technologie. Tranzistory se i u ní neustále zmenšují, ale fungují relativně stále stejně.
Otázkou také zůstává, zda kvůli těmto problémům nebude nutné tranzistory vyměnit za něco jiného. Dle Intelu je nejjednodušší cestou stavba trojrozměrných čipů, které budou mít několik vrstev. I to má však své limity a například také nutnost nových technik pro chlazení vnitřních částí čipu.
Článek původně vyšel v časopise Computer.