Elektronički dizajn - Tehnologija - 4. dio

Evo i četvrtog (i posljednjeg) dijela opisa CMOS-tehnologije - ukoliko želite pogledati prijašnje nastavke, ovdje možete naći 1. dio, 2. dio i 3. dio:

U ovom koraku se prave otvori za kontakte, u koje će u slijedećem koraku doći metal i tako stvoriti električnu vezu za pojedine terminale. Kontakti su obično kvadrati fiksne veličine, a njihova veličina ovisi o tehnologiji. Osim toga, kod nekih tehnologija je moguće korištenje tzv. kontaktnih traka (engl. contact bar), pri čemu je širina kontakta fiksna, dok dužina može varirati. To je često slučaj kod tehnologija kod kojih se javljaju velike struje (engl. power technologies), kao npr. kod čipova u automobilskoj industriji. Kod kontakata se mora uvijek paziti da mogu provesti struju koja prolazi kroz njih, kako ne bi došlo do velikog grijanja i time do topljenja, tj. kvara. Kontakti imaju dosta veći električni otpor od metala, pa je važno da se upotreba kontakata, tj. prelaz s jedne razine metala na drugi, svede na minimum. Osim toga, u novijim tehnologijama, pri malim dimenzijama, javlja se i problem pouzdanosti kontakata, tj. nije uvijek sigurno da li je rupa predviđena za kontakt doista i prisutna. Iako je vjerojatnost za tako nešto jako mala, jedan takav kvar pri proizvodnji čipa može dovesti do toga da proizvedeni čip postane škart. Zbog toga se često koriste tzv. redundantni kontakti, tj. na svakom prelazu s jednog provodnika na drugi moraju se koristiti minimalno dva kontakta. Ukoliko je npr. vjerojatnost da jedan kontakt zakaže 1 % (ona je daleko manja, samo kao primjer), vjerojatnost kod redundantnih kontakata se reducira na 0,01 %.

O ovom se koraku nema što puno reći - po cijeloj površini se nanosi metal, koji služi za niskootporno povezivanje terminala pojedinih elemenata. Metal ulazi i u rupe koje su načinjene za kontakte i time povezuje dvije razine vodiča. Kao vodiči se koriste najviše bakar i aluminijum. Budući da je riječ o prilično mekim materijalima, puno mekšim od dielektrika koji je pored njih, potrebno je voditi računa i o mehaničkim svojstvima materijala pri proizvodnji. To bi nas, međutim, u ovome uvodu odvelo predaleko, pa o tome jednom drugom prilikom.

U ovom, posljednjem koraku, postupkom litografije se osvjetljava površina čipa (ovaj put se koristi maska za metal), a posljedica je da metal ostaje samo ondje gdje je foto-lak na površini osvjetljen, dok se ostatak ispire kiselinom.

Potrebno je napomenuti da se, za razliku od slike, u stvarnoj tehnologiji polisilicijum nikad ne povezuje s metalom na gate-u, već se polisilicijum izvodi izvan gate-a i ondje povezuje s metalom.

Ovim stvarni proces proizvodnje nije gotov. Kako smo već spomenuli, u proizvodnji se najčešće koristi nekoliko razina metala, čime je moguće smanjiti dimenzije čipa, pošto se korištenjem vertikalnog povezivanja može minimirati površina potrebna za izvođenje veza neophodnih za rad čipa. Kako se ti daljnji slojevi metala rade po istom principu kao i ovaj prvi, daljnji opis ne bi donio nikakve dodatne informacije.

U najmodernijim tehnologijama, najčešće onima koje služe za prizvodnju digitalnih sklopova, koristi se do pet slojeva tankih metala. To su tzv. routing levels, i oni služe za izvođenje povezivanja komponenti. Ti tanki metali su donji slojevi, dok iznad njih dolaze debeli slojevi metala, koji služe za povezivanje napajanja i uzemljenja (engl. power i ground). Debeli slojevi metala imaju, zbog svog širokog presjeka, puno manji specifični otpor i gubici napona i disipacija (toplinski gubici) su zbog toga puno manji. Takvi metali, međutim, nisu pogodni za izvođenje povezivanja signala, pošto je njihova minimalna širina jako velika, pa bi zahtjevali puno veću površinu za realizaciju čipa.

Ovim se završava ova serija priloga. Nadam se da je za sve one, koje ova tema zanima, a do sada nisu znali mnogo, ovi prilozi biti dobar uvod u materiju. Svi komentari, sugestije i kritike su dobrodošli!