С чего начинается процессор (продолжение)

Не прошло и полгода, как пишу продолжение о процессорах.

И так речь пойдет о дальнейшей процедуре. Она очень сложна и не тривиальна, но мы попробуем разобраться с ней при помощи простых слов и аналогий (правда это все равно будет какое-то приближение, а не вся картинка целиком).

В прошлой заметке мы остановились на том, что у нас есть пластина очень чистого кремния готовая к дальнейшим экзекуциям. Сама по себе пластина пока не примечательна ничем кроме своей чистоты. Для того, что бы ее превратить в процессор нам необходимо к нашему кремнию добавить элементы, которые и вместе с ним и будут образовывать транзисторы.

Технология, используемая при этом, носит название «свет-шаблон-фоторезист». Суть идеи поможет нам понять такая занятная вещь как (барабанная дробь) логика и игра в вопрос ответ.

Представьте, что у вас есть доска, и вы бы хотели сделать ее шахматной. Для этого вам необходимо раскрасить ее в черные и белые клеточки одинакового размера и в строгой последовательности и заданном количестве. Конечно можно расчертить ее карандашом и делать это в ручную. Однако проще залить все сначала, к примеру белым, а потом использовать готовый шаблон, который мы будем располагать поверх доски и заливать все краской не боясь нарушить последовательность и получить не красивые квадратики))

Логично предположить, что для равномерного и эффективного нанесения нам необходимо: подготовить поверхность и использовать шаблон будущей схемы (таких шаблонов не один так как и слой не один). Однако это вам не доска тут точность немного выше)) Нам необходимо, по сути, на уровне близком к атомному, распределить равномерно примесь в пластине кремния. Так какой же шаблон нужен? Какие к нему должны быть требования? Как подготовить поверхность? Да и вообще как это осуществить? Как говорил один персонаж: Истина где-то рядом и сейчас мы ее познаем!

Начнем с шаблона!

Так для такой тонкой операции шаблон изготовляют на оптическом стекле – это стекло крайне высокого качества (это уже отдельная статья) в повседневной жизни вы его не встретите. На это стекло тонкой пленкой наносится чувствительный материал, а потом на него направляется поток ионов (это по разному электрически заряженные атомы плюс или минус ), которыми формируют рисунок. Для более простого представления, это как будто вы на дереве, при помощи лупы, выжигаете изображение. Однако точность не соизмеримо выше. Кстати процедура внедрения нового вида схемы дело довольно затратное и не простое. Так как ионами направленно стрелять нужна дорогая установка да и методики отработанные и руки с бесконечным радиусом кривизны.

У нас есть шаблон, но если мы будем «стрелять» через него атомами примеси (да да именно атомами) по подложке, то нужного результата не получим! Так как даже если мы его поставим вплотную к поверхности подложки, то из-за того, что мы работаем с такими маленькими величинами как нанометры (мы же помним архитектура процессора десятки нанометров!) атомы после прохождения схемы будут не только там где надо, но и в других местах. Это как с водой, если вы не плотно соедините трубы, то придется делать ремонт соседям снизу) Для этого нам нужно создать маску, то есть перенести как-то шаблон на поверхность кремния да так чтобы потом его можно было и убрать.

Для этого на всю поверхность пластины кремния наносят диэлектрический материал (вещество не проводящие электрический ток). Естественно условия, что поверхность должна быть максимально однородной, то есть «ровной». После чего сверху на диэлектрик наносится слой чувствительного к ультрафиолетовому свету материала (фоторезист). Опять таки это очень трудоемкий процесс поскольку нанести его надо достаточно однородным слоем. Для этого фоторезист наносят на центр подложки, а потом ее крутят с большой скоростью. Толщина такого слоя будет намного меньше толщины человеческого волоса).

После всех этих процедур настало время шаблона!

Через него и систему линз светим на нашу подложку ультрафиолетовым светом (тем самым которым нас пугали в школе, который задерживает озоновый слой) изображение полученное при этом, будет уменьшено до размеров чипа (благодаря линзам) Однако сама процедура засвета крайне тонкая вещь. Чуть дольше или слишком мало по времени светим, или шаблон немного под углом к поверхности подложки и все! Рисунок на фоторезисте будет испорчен! Но если все прошло хорошо, то засвеченный фоторезист можно удалить, а тот на которой свет не попал из-за шаблона, останется. Таким образом у нас на пластине кремния остается слой диэлектрика поверх, которого таким себе ситом (то которым муку просеиваем) лежит слой фоторезиста. Следующий этап в местах, где нет фоторезиста, удаляют диэлектрик. После этого смывают оставшийся фоторезист. В итоге мы получили на пластине кремния не сплошной слой диэлектрика, который будет соответствовать рисунку на нашем шаблоне. Вопрос: А зачем ? Ну это и есть та самая наша маска)) Дело в том, что когда мы начнем обстреливать нашу пластину атомами примеси, там где есть диэлектрик они не пройдут, а там где его нет попадут в пластину! После чего маску диэлектрика можно смыть.