Puna e lëndës: Fazat e prodhimit të mikroprocesorit. Si bëhen mikroprocesorët Teknologji moderne për krijimin e procesorëve
Si krijohen çipat
Prodhimi i çipave përfshin depozitimin e shtresave të holla me "modele" komplekse mbi nënshtresat e silikonit. Së pari, krijohet një shtresë izoluese që vepron si një portë elektrike. Për sa i përket prodhimit të nënshtresave, ato duhet të priten nga një cilindër monokristal i vetëm në "petulla" të hollë, në mënyrë që të mund të priten lehtësisht në patate të skuqura individuale të procesorit. Sondat elektrike përdoren për të testuar çdo çip në nënshtresë. Në fund, nënshtresa pritet në bërthama individuale dhe bërthamat që nuk funksionojnë eliminohen menjëherë. Në varësi të karakteristikave, bërthama bëhet një ose një tjetër procesor dhe paketohet në një paketë që e bën më të lehtë instalimin e procesorit në motherboard. Të gjitha njësitë funksionale i nënshtrohen stresit intensiv.
E gjitha fillon me nënshtresat
Hapi i parë në prodhimin e përpunuesve bëhet në një dhomë të pastër. Nga rruga, është e rëndësishme të theksohet se një prodhim i tillë i teknologjisë së lartë përfaqëson një akumulim të kapitalit të madh për metër katror. Ndërtimi i një fabrike moderne me të gjitha pajisjet kushton lehtësisht 2-3 miliardë dollarë dhe testet e teknologjive të reja kërkojnë disa muaj. Vetëm atëherë fabrika mund të prodhojë në masë përpunues.
Në përgjithësi, procesi i prodhimit të çipave përbëhet nga disa hapa të përpunimit të meshës. Kjo përfshin krijimin e vetë substrateve, të cilat në fund do të priten në kristale individuale Figurnov, V.E. IBM PC për përdoruesit.-M., 2004. - Fq.204.
Prodhimi i substratit
Faza e parë është rritja e një kristali të vetëm. Për ta bërë këtë, një kristal farë futet në një banjë me silikon të shkrirë, i cili ndodhet pikërisht mbi pikën e shkrirjes së silikonit polikristalor. Është e rëndësishme që kristalet të rriten ngadalë (rreth një ditë) për t'u siguruar që atomet janë rregulluar saktë. Silici polikristalor ose amorf përbëhet nga shumë kristale të ndryshme, të cilat do të çojnë në shfaqjen e strukturave të padëshiruara sipërfaqësore me veti të dobëta elektrike.
Pasi silici të shkrihet, ai mund të dopohet me substanca të tjera që ndryshojnë vetitë e tij elektrike. I gjithë procesi zhvillohet në një dhomë të mbyllur me një përbërje të veçantë ajri në mënyrë që silikoni të mos oksidohet.
Kristali i vetëm pritet në "petulla" duke përdorur një sharrë rrethore shumë precize diamanti, e cila nuk krijon parregullsi të mëdha në sipërfaqen e nënshtresës. Sigurisht, sipërfaqja e nënshtresave nuk është ende plotësisht e sheshtë, kështu që kërkohen operacione shtesë. Kristalet e vetme janë paraqitur në figurën 1.
Figura 1. Pamja e një kristali të vetëm.
Së pari, duke përdorur pllaka çeliku rrotulluese dhe një material gërryes (siç është oksidi i aluminit), një shtresë e trashë hiqet nga nënshtresat (një proces i quajtur lapping). Si rezultat, parregullsitë që variojnë në madhësi nga 0,05 mm deri në afërsisht 0,002 mm (2,000 nm) eliminohen. Pastaj duhet të rrumbullakosni skajet e secilit mbështetës, pasi skajet e mprehta mund të shkaktojnë që shtresat të zhvishen. Më pas, përdoret një proces gravurë, kur përdoren kimikate të ndryshme (acid hidrofluorik, acid acetik, acid nitrik) sipërfaqja zbutet me rreth 50 mikron. Sipërfaqja nuk është e degraduar fizikisht pasi i gjithë procesi është tërësisht kimik. Kjo ju lejon të hiqni gabimet e mbetura në strukturën kristalore, duke rezultuar në një sipërfaqe që është afër idealit.
Hapi i fundit është lustrimi, i cili zbut sipërfaqen në një vrazhdësi maksimale prej 3 nm. Lustrim kryhet duke përdorur një përzierje të hidroksidit të natriumit dhe silicës grimcuar.
Sot, vaferat e mikroprocesorëve janë 200 mm ose 300 mm në diametër, duke lejuar prodhuesit e çipave të prodhojnë procesorë të shumtë nga secili. Hapi tjetër do të jenë nënshtresat 450 mm, por nuk duhet t'i presim para vitit 2013. Në përgjithësi, sa më i madh të jetë diametri i nënshtresës, aq më shumë patate të skuqura me të njëjtën madhësi mund të prodhohen. Një vafer 300 mm, për shembull, prodhon më shumë se dy herë më shumë procesorë se një vafer 200 mm.
Doping dhe difuzion
Tashmë është përmendur dopingu, i cili kryhet gjatë rritjes së një kristali të vetëm. Por dopingu bëhet si me substratin e përfunduar ashtu edhe gjatë proceseve fotolitografike më vonë. Kjo ju lejon të ndryshoni vetitë elektrike të zonave dhe shtresave të caktuara, në vend të të gjithë strukturës së kristalit.
Shtimi i dopantit mund të ndodhë përmes difuzionit. Atomet e dopantit mbushin hapësirën e lirë brenda rrjetës kristalore, ndërmjet strukturave të silikonit. Në disa raste, është e mundur të lidhni strukturën ekzistuese. Difuzioni kryhet duke përdorur gazra (azoti dhe argoni) ose duke përdorur lëndë të ngurta ose burime të tjera të substancës aliazh Hasegawa, H. - World of Computers in Questions and Answers - M., 2004 - F.89..
Krijimi i një maske
Për të krijuar seksione të një qarku të integruar, përdoret një proces fotolitografie. Meqenëse nuk është e nevojshme të rrezatohet e gjithë sipërfaqja e nënshtresës, është e rëndësishme të përdoren të ashtuquajturat maska që transmetojnë rrezatim me intensitet të lartë vetëm në zona të caktuara. Maskat mund të krahasohen me negativet bardh e zi. Qarqet e integruara kanë shumë shtresa (20 ose më shumë), dhe secila prej tyre kërkon maskën e vet.
Një strukturë e filmit të hollë kromi aplikohet në sipërfaqen e një pllake qelqi kuarci për të krijuar një model. Në këtë proces, instrumentet e shtrenjta që përdorin një rrymë elektronesh ose një lazer shkruajnë të dhënat e nevojshme të qarkut të integruar, duke rezultuar në një model kromi në sipërfaqen e një nënshtrese kuarci. Është e rëndësishme të kuptohet se çdo modifikim i një qarku të integruar çon në nevojën për të prodhuar maska të reja, kështu që i gjithë procesi i ndryshimeve është shumë i shtrenjtë.
Fotolitografia
Duke përdorur fotolitografi, një strukturë formohet në një substrat silikoni. Procesi përsëritet disa herë derisa të krijohen shumë shtresa (më shumë se 20). Shtresat mund të përbëhen nga materiale të ndryshme, dhe gjithashtu duhet të mendoni përmes lidhjeve me tela mikroskopikë. Të gjitha shtresat mund të aliazhohen Druri, A. Mikroprocesorët në pyetje dhe përgjigje - M., 2005.-P.87.
Përpara se të fillojë procesi i fotolitografisë, nënshtresa pastrohet dhe nxehet për të hequr grimcat ngjitëse dhe ujin. Nënshtresa më pas lyhet me dioksid silikoni duke përdorur një pajisje të veçantë. Më pas, një agjent bashkues aplikohet në nënshtresë, i cili siguron që materiali fotorezistues që do të aplikohet në hapin tjetër të mbetet në nënshtresë. Materiali fotorezistues aplikohet në mes të nënshtresës, i cili më pas fillon të rrotullohet me shpejtësi të madhe në mënyrë që shtresa të shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjithë sipërfaqen e nënshtresës. Pastaj nënshtresa nxehet përsëri. Parimi i funksionimit të fotolitografisë është paraqitur në figurën 2.
Figura 2. Parimi i funksionimit të fotolitografisë
Pastaj, përmes maskës, mbulesa rrezatohet me një lazer kuantik, rrezatim të fortë ultravjollcë, rreze x, rreze elektronesh ose jonesh - të gjitha këto burime drite ose energjie mund të përdoren. Rrezet e elektroneve përdoren kryesisht për të krijuar maska, rrezet X dhe rrezet jonike përdoren për qëllime kërkimore, dhe prodhimi industrial sot dominohet nga rrezatimi i fortë UV dhe lazerët e gazit.
Rrezatimi i fortë UV me një gjatësi vale prej 13,5 nm rrezaton materialin fotorezistues ndërsa kalon nëpër maskë. Koha dhe fokusi i projektimit janë shumë të rëndësishme për të arritur rezultatin e dëshiruar. Fokusimi i dobët do të rezultojë në mbetjen e grimcave të tepërta të materialit fotorezistues, sepse disa nga vrimat në maskë nuk do të rrezatohen siç duhet. E njëjta gjë do të ndodhë nëse koha e projeksionit është shumë e shkurtër. Pastaj struktura e materialit fotorezist do të jetë shumë e gjerë, zonat nën vrima do të jenë të nënekspozuara. Nga ana tjetër, koha e tepërt e projeksionit krijon zona shumë të mëdha nën vrima dhe një strukturë shumë të ngushtë të materialit fotorezist. Si rregull, është shumë punë intensive dhe e vështirë për të rregulluar dhe optimizuar procesin. Rregullimi i pasuksesshëm do të çojë në devijime serioze në përçuesit lidhës Maiorov, S.I. Biznesi i informacionit: shpërndarja tregtare dhe marketingu - M., 2007. -P.147..Një instalim i posaçëm projeksioni hap pas hapi e zhvendos nënshtresën në pozicionin e dëshiruar. Pastaj mund të projektohet një linjë ose një seksion, që më së shpeshti korrespondon me një çip procesor. Mikroinstalimet shtesë mund të bëjnë ndryshime të tjera. Ata mund të korrigjojnë teknologjinë ekzistuese dhe të optimizojnë procesin teknik Kukin, V.N. Informatics: Organization and Management.-M., 2005.-P.78.. Mikroinstalimet zakonisht punojnë në sipërfaqe më pak se 1 katror. mm, ndërsa instalimet konvencionale mbulojnë sipërfaqe më të mëdha.
Ekzistojnë procese gravurë të lagësht dhe të thatë që trajtojnë zonat e dioksidit të silikonit. Proceset e lagështa përdorin komponime kimike, ndërsa proceset e thata përdorin gaz. Një proces i veçantë përfshin heqjen e mbetjeve të materialit fotorezistues. Prodhuesit shpesh kombinojnë heqjen e lagësht dhe të thatë për të siguruar që materiali fotorezistues të hiqet plotësisht. Kjo është e rëndësishme sepse materiali fotorezistues është organik dhe nëse nuk hiqet mund të shkaktojë defekte në nënshtresë.
Pas gdhendjes dhe pastrimit, mund të filloni të inspektoni nënshtresën, gjë që zakonisht ndodh në çdo fazë të rëndësishme, ose ta transferoni substratin në një cikël të ri fotolitografik. Testi i nënshtresës është paraqitur në Figurën 3.
Figura 3. Prova e nënshtresës
Nënshtresat e përfunduara testohen në të ashtuquajturat instalime të testimit të sondës. Ata punojnë me të gjithë substratin. Kontaktet e sondës aplikohen në kontaktet e çdo kristali, duke lejuar kryerjen e testeve elektrike. Softueri teston të gjitha funksionet e çdo bërthame. Prerja e nënshtresës është paraqitur në figurën 4.
Figura 4. Prerja e nënshtresës
Me prerje, nga nënshtresa mund të merren bërthama individuale. Për momentin, instalimet e kontrollit të sondës kanë identifikuar tashmë se cilët kristale përmbajnë gabime, kështu që pas prerjes ato mund të ndahen nga ato të mirët. Më parë, kristalet e dëmtuara ishin shënuar fizikisht, tani nuk ka nevojë për këtë, të gjitha informacionet ruhen në një bazë të dhënash të vetme Semenenko, V. A., Stupin. Yu. V. Manual mbi teknologjinë kompjuterike - M., 2006. - P.45..
Bërthama funksionale duhet më pas të lidhet me paketimin e procesorit duke përdorur material ngjitës. Pas kësaj, duhet të bëni lidhje me tela që lidhin kontaktet ose këmbët e paketës dhe vetë kristalin (Figura 5). Mund të përdoren lidhje ari, alumini ose bakri.
Shumica e përpunuesve modern përdorin ambalazhe plastike me një shpërndarës nxehtësie. Në mënyrë tipike, bërthama është e mbështjellë në qeramikë ose plastike për të parandaluar dëmtimin. Përpunuesit modernë janë të pajisur me një të ashtuquajtur shpërndarës nxehtësie, i cili siguron mbrojtje shtesë për çipin (Figura 6).
Figura 5. Lidhja e telit të nënshtresës
Faza e fundit përfshin testimin e procesorit, i cili ndodh në temperatura të ngritura, në përputhje me specifikimet e procesorit. Procesori instalohet automatikisht në prizën e provës, pas së cilës analizohen të gjitha funksionet e nevojshme.
Figura 6. Paketimi i procesorit
Si bëhen mikroqarqet?
Për të kuptuar se cili është ndryshimi kryesor midis këtyre dy teknologjive, është e nevojshme të bëjmë një ekskursion të shkurtër në vetë teknologjinë e prodhimit të përpunuesve modernë ose qarqeve të integruara.
Siç e dini nga një kurs i fizikës shkollore, në elektronikën moderne përbërësit kryesorë të qarqeve të integruara janë gjysmëpërçuesit e tipit p dhe të tipit n (në varësi të llojit të përçueshmërisë). Një gjysmëpërçues është një substancë përçueshmëria e së cilës është superiore ndaj dielektrikëve, por inferiore ndaj metaleve. Baza e të dy llojeve të gjysmëpërçuesve mund të jetë silikoni (Si), i cili në formën e tij të pastër (i ashtuquajturi gjysmëpërçues i brendshëm) përçon dobët rrymën elektrike, por shtimi (futja) e një papastërtie të caktuar në silikon mund të ndryshojë rrënjësisht vetitë e tij përçuese. . Ekzistojnë dy lloje të papastërtive: dhurues dhe pranues. Një papastërti e dhuruesit çon në formimin e gjysmëpërçuesve të tipit n me përçueshmëri të tipit elektronik, dhe një papastërti pranuese çon në formimin e gjysmëpërçuesve të tipit p me llojin e përçueshmërisë me vrima. Kontaktet e gjysmëpërçuesve p- dhe n bëjnë të mundur formimin e transistorëve - elementët kryesorë strukturorë të mikroqarqeve moderne. Këta transistorë, të quajtur transistorë CMOS, mund të ekzistojnë në dy gjendje themelore: të hapura, kur përçojnë energjinë elektrike dhe të fikur, kur nuk përçojnë energji elektrike. Meqenëse transistorët CMOS janë elementët kryesorë të mikroqarqeve moderne, le të flasim për to në më shumë detaje.
Si funksionon një transistor CMOS?
Transistori më i thjeshtë CMOS i tipit n ka tre elektroda: burimi, porta dhe kullimi. Vetë transistori është bërë nga një gjysmëpërçues i tipit p me përçueshmëri vrimash, dhe gjysmëpërçuesit e tipit n me përçueshmëri elektronike formohen në rajonet e kullimit dhe burimit. Natyrisht, për shkak të difuzionit të vrimave nga rajoni p në rajonin n dhe difuzionit të kundërt të elektroneve nga rajoni n në rajonin p, formohen shtresat e varfërimit (shtresat në të cilat nuk ka bartës kryesorë të ngarkesës). në kufijtë e kalimeve të rajoneve p dhe n. Në gjendjen e tij normale, d.m.th., kur nuk aplikohet tension në portë, transistori është në një gjendje "të kyçur", domethënë nuk është në gjendje të përcjellë rrymë nga burimi në kullim. Situata nuk ndryshon edhe nëse aplikohet një tension midis kullimit dhe burimit (ne nuk marrim parasysh rrymat e rrjedhjeve të shkaktuara nga lëvizja nën ndikimin e fushave elektrike të krijuara të transportuesve të ngarkesës së pakicës, domethënë vrimat për n-rajon dhe elektronet për rajonin p).
Megjithatë, nëse një potencial pozitiv aplikohet në portë (Fig. 1), situata do të ndryshojë rrënjësisht. Nën ndikimin e fushës elektrike të portës, vrimat shtyhen thellë në gjysmëpërçuesin p, dhe elektronet, përkundrazi, tërhiqen në zonën nën portë, duke formuar një kanal të pasur me elektrone midis burimit dhe kullimit. Nëse një tension pozitiv aplikohet në portë, këto elektrone fillojnë të lëvizin nga burimi në kullim. Në këtë rast, transistori përçon rrymën, thuhet se "hapet". Nëse hiqet tensioni i portës, elektronet ndalojnë të tërhiqen në zonën midis burimit dhe kullimit, kanali përcjellës shkatërrohet dhe transistori ndalon kalimin e rrymës, domethënë "fiket". Kështu, duke ndryshuar tensionin e portës, mund të hapni ose mbyllni tranzistorin, ngjashëm me mënyrën se si mund të ndizni ose çaktivizoni një ndërprerës të rregullt, duke kontrolluar rrjedhën e rrymës nëpër qark. Kjo është arsyeja pse transistorët nganjëherë quhen ndërprerës elektronikë. Megjithatë, ndryshe nga çelsat mekanike konvencionale, transistorët CMOS janë praktikisht pa inerci dhe janë të aftë të kalojnë nga ndezja në fikur triliona herë në sekondë! Është kjo karakteristikë, d.m.th., aftësia për të kaluar në çast, që në fund të fundit përcakton performancën e procesorit, i cili përbëhet nga dhjetëra miliona transistorë të tillë të thjeshtë.
Pra, një qark modern i integruar përbëhet nga dhjetëra miliona transistorë të thjeshtë CMOS. Le të ndalemi më në detaje në procesin e prodhimit të mikroqarqeve, faza e parë e të cilit është prodhimi i substrateve të silikonit.
Hapi 1. Rritja e boshllëqeve
Krijimi i substrateve të tilla fillon me rritjen e një kristali cilindrik silikoni. Më pas, këto boshllëqe (boshllëqe) monokristaline priten në vafera të rrumbullakëta (vafera), trashësia e të cilave është afërsisht 1/40 inç dhe diametri është 200 mm (8 inç) ose 300 mm (12 inç). Këto janë nënshtresat e silikonit që përdoren për prodhimin e mikroqarqeve.
Gjatë formimit të vaferave nga kristalet e vetme të silikonit, merret parasysh fakti që për strukturat ideale kristalore, vetitë fizike varen kryesisht nga drejtimi i zgjedhur (vetia e anizotropisë). Për shembull, rezistenca e një nënshtrese silikoni do të jetë e ndryshme në drejtimet gjatësore dhe tërthore. Po kështu, në varësi të orientimit të rrjetës kristalore, kristali i silikonit do të reagojë ndryshe ndaj çdo ndikimi të jashtëm që lidhet me përpunimin e tij të mëtejshëm (për shembull, gravurë, spërkatje, etj.). Prandaj, pllaka duhet të pritet nga një kristal i vetëm në mënyrë të tillë që orientimi i rrjetës kristalore në lidhje me sipërfaqen të ruhet rreptësisht në një drejtim të caktuar.
Siç u përmend tashmë, diametri i pjesës së punës me një kristal silikoni është ose 200 ose 300 mm. Për më tepër, diametri prej 300 mm është një teknologji relativisht e re, të cilën do ta diskutojmë më poshtë. Është e qartë se një pllakë e këtij diametri mund të strehojë më shumë se një mikroqark, edhe nëse po flasim për një procesor Intel Pentium 4 Në të vërtetë, disa dhjetëra mikroqarqe (përpunues) janë formuar në një pllakë të tillë nënshtrese, por për thjeshtësi, ne do të. merrni parasysh vetëm proceset që ndodhin në një zonë të vogël të një mikroprocesori të ardhshëm.
Hapi 2. Aplikimi i një filmi mbrojtës dielektrik (SiO2)
Pas formimit të substratit të silikonit, fillon faza e krijimit të një strukture gjysmëpërçuese komplekse.
Për ta bërë këtë, është e nevojshme të futen të ashtuquajturat papastërti dhuruese dhe pranuese në silikon. Sidoqoftë, lind pyetja: si të futni papastërtitë sipas një modeli të specifikuar saktësisht? Për ta bërë të mundur këtë, ato zona ku nuk ka nevojë të futen papastërtitë mbrohen me një shtresë të veçantë të dioksidit të silikonit, duke lënë të ekspozuara vetëm ato zona që i nënshtrohen përpunimit të mëtejshëm (Fig. 2). Procesi i formimit të një filmi të tillë mbrojtës të modelit të dëshiruar përbëhet nga disa faza.
Në fazën e parë, e gjithë vafera e silikonit mbulohet plotësisht me një shtresë të hollë dioksidi silikoni (SiO2), i cili është një izolues shumë i mirë dhe vepron si një shtresë mbrojtëse gjatë përpunimit të mëtejshëm të kristalit të silikonit. Vaferat vendosen në një dhomë ku, në temperaturë të lartë (nga 900 në 1100 °C) dhe presion, oksigjeni shpërndahet në shtresat sipërfaqësore të vaferave, duke çuar në oksidimin e silikonit dhe formimin e një filmi sipërfaqësor të dioksidit të silikonit. Në mënyrë që filmi i dioksidit të silikonit të ketë një trashësi të specifikuar saktësisht dhe të mos ketë defekte, është e nevojshme të ruhet rreptësisht një temperaturë konstante në të gjitha pikat e vaferit gjatë procesit të oksidimit. Nëse jo e gjithë vafera duhet të mbulohet me një shtresë dioksidi silikoni, atëherë një maskë Si3N4 aplikohet fillimisht në nënshtresën e silikonit për të parandaluar oksidimin e padëshiruar.
Hapi 3. Aplikimi i fotorezistit
Pasi nënshtresa e silikonit të mbulohet me një film mbrojtës të dioksidit të silikonit, është e nevojshme të hiqni këtë film nga ato zona që do t'i nënshtrohen përpunimit të mëtejshëm. Filmi hiqet me gravurë dhe për të mbrojtur zonat e mbetura nga gravimi, një shtresë e të ashtuquajturit fotorezist aplikohet në sipërfaqen e vaferës. Termi "fotorezistë" i referohet komponimeve që janë të ndjeshme ndaj dritës dhe rezistente ndaj faktorëve agresivë. Përbërjet e përdorura duhet të kenë, nga njëra anë, veti të caktuara fotografike (nën ndikimin e dritës ultravjollcë ato bëhen të tretshme dhe lahen gjatë procesit të gdhendjes), dhe nga ana tjetër, rezistente, duke i lejuar ato të përballojnë gdhendjen në acide dhe alkale. , ngrohje etj. Qëllimi kryesor i fotorezistëve është të krijojë një lehtësim mbrojtës të konfigurimit të dëshiruar.
Procesi i aplikimit të fotorezistit dhe rrezatimit të tij të mëtejshëm me dritën ultravjollcë sipas një modeli të caktuar quhet fotolitografi dhe përfshin këto veprime themelore: formimin e një shtrese fotorezistente (përpunimi i substratit, aplikimi, tharja), formimi i një relievi mbrojtës (ekspozimi, zhvillimi). , tharje) dhe transferimi i figurës në nënshtresë (gdhendje, spërkatje etj.).
Përpara aplikimit të një shtrese fotorezisti (Fig. 3) në nënshtresë, ky i fundit i nënshtrohet paratrajtimit, si rezultat i të cilit ngjitja e tij në shtresën e fotorezistit përmirësohet. Për të aplikuar një shtresë uniforme të fotorezistit, përdoret metoda e centrifugimit. Nënshtresa vendoset në një disk rrotullues (centrifugë), dhe nën ndikimin e forcave centrifugale, fotorezisti shpërndahet mbi sipërfaqen e nënshtresës në një shtresë pothuajse uniforme. (Kur flasim për një shtresë pothuajse uniforme, marrim parasysh faktin se nën ndikimin e forcave centrifugale, trashësia e filmit që rezulton rritet nga qendra në skajet, megjithatë, kjo metodë e aplikimit të fotorezistit mund t'i rezistojë luhatjeve në shtresë trashësia brenda ±10%).
Hapi 4. Litografi
Pas aplikimit dhe tharjes së shtresës fotorezistente, fillon faza e formimit të relievit të nevojshëm mbrojtës. Relievi formohet si rezultat i faktit se nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë që bie në zona të caktuara të shtresës fotorezistente, kjo e fundit ndryshon vetitë e tretshmërisë, për shembull, zonat e ndriçuara pushojnë së treturi në tretës, të cilat heqin zonat e shtresa që nuk ishin të ekspozuara ndaj ndriçimit, ose anasjelltas - zonat e ndriçuara shpërndahen. Bazuar në metodën e formimit të relievit, fotorezistët ndahen në negativë dhe pozitivë. Fotorezistet negativë, kur ekspozohen ndaj rrezatimit ultravjollcë, formojnë zona mbrojtëse të relievit. Fotorezistet pozitivë, përkundrazi, nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë fitojnë vetitë e rrjedhshmërisë dhe lahen nga tretësi. Prandaj, një shtresë mbrojtëse formohet në ato zona që nuk janë të ekspozuara ndaj rrezatimit ultravjollcë.
Për të ndriçuar zonat e dëshiruara të shtresës fotorezistente, përdoret një shabllon special i maskës. Më shpesh, për këtë qëllim përdoren pllaka qelqi optike me elementë opake të marra fotografikisht ose ndryshe. Në fakt, një shabllon i tillë përmban një vizatim të njërës prej shtresave të mikrocirkut të ardhshëm (mund të ketë disa qindra shtresa të tilla në total). Meqenëse ky shabllon është një referencë, ai duhet të bëhet me saktësi të madhe. Përveç kësaj, duke marrë parasysh faktin se shumë pllaka fotografike do të bëhen nga një fotomaskë, ajo duhet të jetë e qëndrueshme dhe rezistente ndaj dëmtimeve. Nga kjo është e qartë se një fotomaskë është një gjë shumë e shtrenjtë: në varësi të kompleksitetit të mikrocirkut, mund të kushtojë dhjetëra mijëra dollarë.
Rrezatimi ultravjollcë, duke kaluar nëpër një shabllon të tillë (Fig. 4), ndriçon vetëm zonat e nevojshme të sipërfaqes së shtresës fotorezistente. Pas rrezatimit, fotorezisti i nënshtrohet zhvillimit, si rezultat i të cilit hiqen zonat e panevojshme të shtresës. Kjo ekspozon pjesën përkatëse të shtresës së dioksidit të silikonit.
Megjithë thjeshtësinë e dukshme të procesit fotolitografik, është kjo fazë e prodhimit të mikroqarqeve që është më komplekse. Fakti është se, në përputhje me parashikimin e Moore, numri i transistorëve në një çip rritet në mënyrë eksponenciale (dyfishohet çdo dy vjet). Një rritje e tillë e numrit të transistorëve është e mundur vetëm për shkak të zvogëlimit të madhësisë së tyre, por është pikërisht rënia që "mbështetet" në procesin e litografisë. Për t'i bërë transistorët më të vegjël, është e nevojshme të zvogëlohen dimensionet gjeometrike të linjave të aplikuara në shtresën e fotorezistit. Por ka një kufi për çdo gjë, nuk është aq e lehtë; Fakti është se, në përputhje me ligjet e optikës valore, midis faktorëve të tjerë përcaktohet madhësia minimale e pikës në të cilën është përqendruar rrezja lazer (në fakt, nuk është vetëm një pikë, por një model difraksioni). nga gjatësia valore e dritës. Zhvillimi i teknologjisë litografike që nga shpikja e saj në fillim të viteve 70 ka qenë në drejtim të zvogëlimit të gjatësisë valore të dritës. Kjo është ajo që bëri të mundur zvogëlimin e madhësisë së elementeve të qarkut të integruar. Që nga mesi i viteve 80, fotolitografia filloi të përdorte rrezatimin ultravjollcë të prodhuar nga lazeri. Ideja është e thjeshtë: gjatësia e valës së rrezatimit ultravjollcë është më e shkurtër se gjatësia e valës së dritës së dukshme, prandaj është e mundur të merren vija më të holla në sipërfaqen e fotorezistit. Deri vonë, litografia përdorte rrezatim të thellë ultravjollcë (Deep Ultra Violet, DUV) me një gjatësi vale prej 248 nm. Megjithatë, kur fotolitografia kaloi përtej 200 nm, u shfaqën probleme serioze që për herë të parë hodhën dyshime mbi përdorimin e vazhdueshëm të kësaj teknologjie. Për shembull, në gjatësi vale më të vogla se 200 mikron, shumë dritë thithet nga shtresa fotosensitive, duke e komplikuar dhe ngadalësuar kështu procesin e transferimit të shabllonit të qarkut në procesor. Probleme të tilla po i shtyjnë studiuesit dhe prodhuesit të kërkojnë alternativa ndaj teknologjisë tradicionale të litografisë.
Teknologjia e re e litografisë, e quajtur litografi EUV (Extreme UltraViolet ultra-hard ultraviolet radiation), bazohet në përdorimin e rrezatimit ultraviolet me gjatësi vale 13 nm.
Kalimi nga litografia DUV në EUV siguron një reduktim më shumë se 10-fish në gjatësinë e valës dhe një kalim në një interval ku është i krahasueshëm me madhësinë e vetëm disa dhjetëra atomeve.
Teknologjia aktuale e litografisë lejon një model me një gjerësi teli minimal prej 100 nm, ndërsa litografia EUV bën të mundur printimin e gjerësive shumë më të vogla të linjave, deri në 30 nm. Kontrolli i rrezatimit ultrashkurtër nuk është aq i lehtë sa duket. Meqenëse rrezatimi EUV absorbohet mirë nga xhami, teknologjia e re përfshin përdorimin e një serie prej katër pasqyrash speciale konvekse që reduktojnë dhe fokusojnë imazhin e marrë pas aplikimit të maskës (Fig. 5, ,). Çdo pasqyrë e tillë përmban 80 shtresa metalike individuale me trashësi afërsisht 12 atome.
Hapi 5: Gdhendje
Pas ekspozimit të shtresës fotorezistente, faza e gravurës fillon të heqë filmin e dioksidit të silikonit (Fig. 8).
Procesi i gdhendjes shpesh shoqërohet me banja me acid. Kjo metodë e gdhendjes me acid është e njohur mirë për amatorët e radios që kanë bërë tabelat e tyre të qarkut të printuar. Për ta bërë këtë, një model gjurmësh për tabelën e ardhshme aplikohet në PCB të veshur me petë me llak, i cili vepron si një shtresë mbrojtëse, dhe më pas pllaka ulet në një banjë me acid nitrik. Seksionet e panevojshme të fletë metalike janë gdhendur, duke ekspozuar PCB të pastër. Kjo metodë ka një sërë disavantazhesh, kryesore prej të cilave është pamundësia për të kontrolluar me saktësi procesin e heqjes së shtresës, pasi shumë faktorë ndikojnë në procesin e gravimit: përqendrimi i acidit, temperatura, konvekcioni, etj. Përveç kësaj, acidi ndërvepron me materialin në të gjitha drejtimet dhe gradualisht depërton nën skajin e maskës së fotorezistit, domethënë shkatërron shtresat e mbuluara me fotorezist nga ana. Prandaj, në prodhimin e përpunuesve, përdoret metoda e gdhendjes së thatë, e quajtur edhe plazma. Kjo metodë lejon kontrollin e saktë të procesit të gravurës, dhe shkatërrimi i shtresës së gdhendur ndodh rreptësisht në drejtimin vertikal.
Gdhendja e thatë përdor një gaz të jonizuar (plazmë) për të hequr dioksidin e silikonit nga sipërfaqja e vaferës, e cila reagon me sipërfaqen e dioksidit të silikonit për të prodhuar nënprodukte të paqëndrueshme.
Pas procedurës së gravurës, domethënë kur ekspozohen zonat e dëshiruara të silikonit të pastër, pjesa e mbetur e shtresës fotografike hiqet. Kështu, një model i bërë nga dioksidi i silikonit mbetet në nënshtresën e silikonit.
Hapi 6. Difuzioni (implantimi i joneve)
Le të kujtojmë se procesi i mëparshëm i formimit të modelit të kërkuar në një substrat silikoni kërkohej për të krijuar struktura gjysmëpërçuese në vendet e duhura duke futur një papastërti dhuruese ose pranuese. Procesi i futjes së papastërtive kryhet nëpërmjet difuzionit (Fig. 9) futjes uniforme të atomeve të papastërtive në rrjetën kristalore të silikonit. Për të marrë një gjysmëpërçues të tipit n, zakonisht përdoret antimoni, arseniku ose fosfori. Për të marrë një gjysmëpërçues të tipit p, bor, galium ose alumin përdoren si papastërti.
Implantimi i joneve përdoret për procesin e difuzionit dopant. Procesi i implantimit konsiston në faktin se jonet e papastërtisë së dëshiruar "qëllohen" nga një përshpejtues i tensionit të lartë dhe, duke pasur energji të mjaftueshme, depërtojnë në shtresat sipërfaqësore të silikonit.
Pra, në fund të fazës së implantimit të joneve, është krijuar shtresa e nevojshme e strukturës gjysmëpërçuese. Megjithatë, në mikroprocesorët mund të ketë disa shtresa të tilla. Për të krijuar shtresën tjetër në modelin e qarkut që rezulton, rritet një shtresë shtesë e hollë e dioksidit të silikonit. Pas kësaj, depozitohet një shtresë silikoni polikristalor dhe një shtresë tjetër fotorezisti. Rrezatimi ultravjollcë kalon përmes maskës së dytë dhe nxjerr në pah modelin përkatës në shtresën e fotografisë. Pastaj përsëri vijojnë fazat e tretjes së fotoshtresës, gravurës dhe implantimit të joneve.
Hapi 7. Spërkatja dhe depozitimi
Aplikimi i shtresave të reja kryhet disa herë, ndërsa për lidhjet ndërshtresore lihen “dritare” në shtresa, të cilat mbushen me atome metali; Si rezultat, në kristal krijohen zona përçuese të shiritave metalikë. Në këtë mënyrë, procesorët modernë vendosin lidhje midis shtresave që formojnë një qark kompleks tredimensional. Procesi i rritjes dhe përpunimit të të gjitha shtresave zgjat disa javë, dhe vetë cikli i prodhimit përbëhet nga më shumë se 300 faza. Si rezultat, qindra procesorë identikë formohen në një vafer silikoni.
Për t'i bërë ballë ndikimeve ndaj të cilave viferat ekspozohen gjatë procesit të shtresimit, vaferat e silikonit fillimisht bëhen mjaft të trasha. Prandaj, para prerjes së meshës në procesorë individualë, trashësia e saj zvogëlohet me 33% dhe papastërtia hiqet nga ana e pasme. Pastaj një shtresë e materialit të veçantë aplikohet në anën e pasme të nënshtresës për të përmirësuar ngjitjen e kristalit në trupin e procesorit të ardhshëm.
Hapi 8. Faza përfundimtare
Në fund të ciklit të formimit, të gjithë procesorët testohen plotësisht. Më pas, kristalet specifike që kanë kaluar tashmë testin priten nga pllaka e nënshtresës duke përdorur një pajisje të veçantë (Fig. 10).
Çdo mikroprocesor është i ngulitur në një strehë mbrojtëse, e cila gjithashtu siguron lidhje elektrike midis çipit të mikroprocesorit dhe pajisjeve të jashtme. Lloji i strehimit varet nga lloji dhe aplikimi i synuar i mikroprocesorit.
Pas mbylljes në kasë, çdo mikroprocesor ritestohet. Përpunuesit e gabuar refuzohen, dhe ata që punojnë i nënshtrohen testeve të ngarkesës. Më pas, procesorët renditen në bazë të sjelljes së tyre në shpejtësi të ndryshme të orës dhe tensioneve të furnizimit.
Teknologjitë premtuese
Ne kemi shqyrtuar procesin teknologjik të prodhimit të mikroqarqeve (në veçanti, përpunuesit) në një mënyrë shumë të thjeshtuar. Por edhe një paraqitje e tillë sipërfaqësore na lejon të kuptojmë vështirësitë teknologjike që hasen gjatë zvogëlimit të madhësisë së transistorëve.
Sidoqoftë, përpara se të shqyrtojmë teknologjitë e reja premtuese, ne do t'i përgjigjemi pyetjes së parashtruar që në fillim të artikullit: cili është standardi i projektimit të procesit teknologjik dhe si, në fakt, ndryshon standardi i projektimit prej 130 nm nga standardi i 180 nm? 130 nm ose 180 nm kjo është distanca minimale karakteristike midis dy elementëve ngjitur në një shtresë të mikroqarkut, domethënë një lloj hapi rrjeti me të cilin janë të lidhur elementët e mikroqarkut. Është mjaft e qartë se sa më e vogël të jetë kjo madhësi karakteristike, aq më shumë transistorë mund të vendosen në të njëjtën zonë të mikrocirkut.
Aktualisht, procesorët Intel përdorin një teknologji procesi 0.13 mikron. Kjo teknologji përdoret për të prodhuar procesorin Intel Pentium 4 me bërthamën Northwood, procesorin Intel Pentium III me bërthamën Tualatin dhe procesorin Intel Celeron. Kur përdorni një proces të tillë teknologjik, gjerësia e dobishme e kanalit të transistorit është 60 nm, dhe trashësia e shtresës së oksidit të portës nuk kalon 1.5 nm. Në total, procesori Intel Pentium 4 përmban 55 milionë transistorë.
Së bashku me rritjen e densitetit të transistorëve në çipin e procesorit, teknologjia 0.13 mikron, e cila zëvendësoi teknologjinë 0.18 mikron, ka risi të tjera. Së pari, përdor lidhje bakri midis transistorëve individualë (në teknologjinë 0,18 mikron lidhjet ishin prej alumini). Së dyti, teknologjia 0.13 mikron siguron konsum më të ulët të energjisë. Për pajisjet e lëvizshme, për shembull, kjo do të thotë që konsumi i energjisë i mikroprocesorëve bëhet më i vogël dhe jetëgjatësia e baterisë është më e gjatë.
Epo, risia e fundit që u zbatua gjatë kalimit në një proces teknologjik 0,13 mikron është përdorimi i vaferave (wafer) silikoni me diametër 300 mm. Le të kujtojmë se para kësaj, shumica e përpunuesve dhe mikroqarqeve prodhoheshin në bazë të vaferave 200 mm.
Rritja e diametrit të vaferës bën të mundur uljen e kostos së çdo procesori dhe rritjen e rendimentit të produkteve të cilësisë së duhur. Në të vërtetë, sipërfaqja e një meshë me një diametër prej 300 mm është 2,25 herë më e madhe se sipërfaqja e një vafere me një diametër prej 200 mm, dhe në përputhje me rrethanat, numri i përpunuesve të marrë nga një meshë me një diametër 300 mm është më shumë se dy herë më i madh.
Në vitin 2003, pritet të prezantohet një proces i ri teknologjik me një standard dizajni edhe më të vogël, përkatësisht 90 nanometër. Procesi i ri me të cilin Intel do të prodhojë shumicën e produkteve të saj, duke përfshirë procesorë, çipa dhe pajisje komunikimi, u zhvillua në fabrikën pilot të meshës D1C 300 mm të Intel në Hillsboro, Oregon.
Më 23 tetor 2002, Intel njoftoi hapjen e një objekti të ri prej 2 miliardë dollarësh në Rio Rancho, New Mexico. Fabrika e re, e quajtur F11X, do të përdorë teknologjinë më të fundit për të prodhuar përpunues në vaferë 300 mm duke përdorur një proces projektimi 0.13 mikron. Në vitin 2003, impianti do të transferohet në një proces teknologjik me një standard projektimi prej 90 nm.
Përveç kësaj, Intel ka njoftuar tashmë rifillimin e ndërtimit të një objekti tjetër prodhimi në Fab 24 në Leixlip (Irlandë), i cili është projektuar për të prodhuar komponentë gjysmëpërçues në vaferë silikoni 300 mm me një standard të projektimit 90 nm. Një ndërmarrje e re me një sipërfaqe totale prej më shumë se 1 milion metra katrorë. këmbë me dhoma veçanërisht të pastra me një sipërfaqe prej 160 mijë metrash katrorë. ft. pritet të jetë funksional në gjysmën e parë të 2004 dhe do të punësojë më shumë se një mijë punonjës. Kostoja e objektit është rreth 2 miliardë dollarë.
Procesi 90 nm përdor një sërë teknologjish të avancuara. Këta janë transistorët CMOS më të vegjël të prodhuar në masë në botë me një gjatësi porte prej 50 nm (Fig. 11), e cila siguron performancë më të madhe duke reduktuar konsumin e energjisë dhe shtresën më të hollë të oksidit të portës së çdo transistori të prodhuar ndonjëherë - vetëm 1.2 nm (Fig. 12), ose më pak se 5 shtresa atomike, dhe zbatimi i parë i industrisë i teknologjisë së silikonit të tendosur me performancë të lartë.
Nga karakteristikat e listuara, ndoshta vetëm koncepti i "silikonit të tendosur" ka nevojë për koment (Fig. 13). Në një silikon të tillë, distanca midis atomeve është më e madhe se në një gjysmëpërçues konvencional. Kjo, nga ana tjetër, lejon që rryma të rrjedhë më lirshëm, ngjashëm me mënyrën se si trafiku lëviz më lirshëm dhe më shpejt në një rrugë me korsi më të gjera.
Si rezultat i të gjitha inovacioneve, karakteristikat e performancës së transistorëve përmirësohen me 10-20%, ndërsa kostot e prodhimit rriten me vetëm 2%.
Për më tepër, procesi 90 nm përdor shtatë shtresa në çip (Figura 14), një shtresë më shumë se procesi 130 nm, si dhe ndërlidhje bakri.
Të gjitha këto veçori, të kombinuara me vafera silikoni 300 mm, i ofrojnë Intel përfitime në performancë, vëllim prodhimi dhe kosto. Konsumatorët përfitojnë gjithashtu, pasi teknologjia e re e procesit të Intel-it lejon industrinë të vazhdojë të evoluojë në përputhje me Ligjin e Moore, duke rritur performancën e procesorit vazhdimisht.
Mikroprocesorët modernë janë ndër pajisjet më komplekse të prodhuara nga njeriu. Prodhimi i një kristali gjysmëpërçues kërkon shumë më tepër burime sesa, të themi, ndërtimi i një ndërtese shumëkatëshe ose organizimi i një ngjarjeje të madhe ekspozite. Sidoqoftë, falë prodhimit masiv të CPU-ve në terma monetarë, ne nuk e vërejmë këtë dhe rrallë dikush mendon për madhësinë e elementeve që zënë një vend kaq të spikatur brenda njësisë së sistemit. Ne vendosëm të studiojmë detajet e prodhimit të procesorit dhe të flasim për to në këtë material. Për fat të mirë, ka informacion të mjaftueshëm për këtë temë në internet sot, dhe një përzgjedhje e specializuar e prezantimeve dhe rrëshqitjeve nga Intel Corporation ju lejon të përfundoni detyrën sa më qartë që të jetë e mundur. Ndërmarrjet e gjigantëve të tjerë të industrisë së gjysmëpërçuesve punojnë në të njëjtin parim, kështu që mund të themi me besim se të gjitha mikroqarqet moderne kalojnë nëpër një rrugë identike krijimi.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Gjëja e parë që vlen të përmendet është materiali ndërtimor për përpunuesit. Siliconi është elementi i dytë më i zakonshëm në planet pas oksigjenit. Është një gjysmëpërçues natyral dhe përdoret si materiali kryesor për prodhimin e çipave të mikroqarqeve të ndryshme. Shumica e silikonit gjendet në rërën e zakonshme (veçanërisht në kuarc) në formën e dioksidit të silikonit (SiO2).
Sidoqoftë, silikoni nuk është materiali i vetëm. I afërmi dhe zëvendësuesi i tij më i afërt është germani, por në procesin e përmirësimit të prodhimit, shkencëtarët po identifikojnë vetitë e mira gjysmëpërçuese në përbërjet e elementeve të tjerë dhe po përgatiten t'i testojnë ato në praktikë ose tashmë po e bëjnë këtë.
1 Siliconi kalon nëpër një proces pastrimi me shumë faza: lëndët e para për mikroqarqet nuk mund të përmbajnë më shumë papastërti se një atom i huaj për miliard.
2 Silikoni shkrihet në një enë të veçantë dhe, pasi ka ulur një shufër rrotulluese të ftohur vazhdimisht brenda, substanca "plagoset" rreth tij falë forcave të tensionit sipërfaqësor.
3 Rezultati është boshllëqe gjatësore (kristale të vetme) me prerje rrethore, secila me peshë rreth 100 kg.
4 Pjesa e punës pritet në disqe individuale silikoni - vafera, mbi të cilat do të vendosen qindra mikroprocesorë. Për këto qëllime përdoren makina me disqe prerëse diamanti ose instalime gërryese teli.
5 Nënshtresat janë të lëmuara deri në një përfundim pasqyre për të eliminuar të gjitha defektet sipërfaqësore. Hapi tjetër është aplikimi i shtresës më të hollë të fotopolimerit.
6 Substrati i trajtuar është i ekspozuar ndaj rrezatimit të ashpër ultravjollcë. Një reaksion kimik ndodh në shtresën fotopolimer: drita, duke kaluar nëpër shabllone të shumta, përsërit modelet e shtresave të CPU.
7 Madhësia aktuale e imazhit të aplikuar është disa herë më e vogël se vetë klishe.
8 Zonat e "gdhendura" nga rrezatimi lahen. Në nënshtresën e silikonit merret një model, i cili më pas lidhet.
9 Faza tjetër në prodhimin e një shtrese është jonizimi, gjatë së cilës zonat e silikonit pa polimer bombardohen me jone.
10 Në vendet ku godasin ndryshojnë vetitë e përçueshmërisë elektrike.
11 Polimeri i mbetur hiqet dhe transistori është pothuajse i përfunduar. Në shtresat izoluese bëhen vrima, të cilat falë një reaksioni kimik mbushen me atome bakri që përdoren si kontakte.
12 Lidhja e transistorëve është një instalime elektrike me shumë nivele. Nëse shikoni me mikroskop, do të vini re në kristal shumë përçues metalikë dhe atome silikoni të vendosura midis tyre ose zëvendësuesve të tij modernë.
13 Një pjesë e substratit të përfunduar i nënshtrohet testit të parë të funksionalitetit. Në këtë fazë, rryma aplikohet në secilin prej transistorëve të zgjedhur, dhe sistemi i automatizuar kontrollon parametrat e funksionimit të gjysmëpërçuesit.
14 Nënshtresa pritet në pjesë të veçanta duke përdorur rrotat më të holla prerëse.
15 Kristalet e përdorshme të fituara si rezultat i këtij operacioni përdoren në prodhimin e përpunuesve, dhe ato me defekt dërgohen në mbeturina.
16 Një çip i veçantë nga i cili do të bëhet procesori vendoset midis bazës (substratit) të CPU-së dhe kapakut të shpërndarjes së nxehtësisë dhe "paketohet".
17 Gjatë testimit përfundimtar, procesorët e përfunduar kontrollohen për pajtueshmërinë me parametrat e kërkuar dhe vetëm atëherë renditen. Bazuar në të dhënat e marra, mikrokodi futet në to, duke lejuar sistemin të identifikojë siç duhet CPU-në.
18 Pajisjet e gatshme paketohen dhe dërgohen në treg.
 |
 |
 |
 |
Fakte interesante rreth përpunuesve dhe prodhimit të tyre
"Silicon Valley" (Silicon Valley, SHBA, Kaliforni)
Ai mori emrin e tij nga elementi kryesor i ndërtimit që përdoret në prodhimin e mikroçipëve.
"Pse vaferat e procesorit janë të rrumbullakëta?"- ndoshta do të pyesni.
Për prodhimin e kristaleve të silikonit, përdoret një teknologji që bën të mundur marrjen e vetëm boshllëqeve cilindrike, të cilat më pas priten në copa. Deri më tani, askush nuk ka mundur të prodhojë një pllakë katrore pa defekte.
Pse mikroçipet janë katrore?
Është ky lloj litografie që lejon që zona e vaferës të përdoret me efikasitet maksimal.
Pse procesorët kanë nevojë për kaq shumë kunja/kunja?
Përveç linjave të sinjalit, çdo procesor kërkon fuqi të qëndrueshme për të funksionuar. Me një konsum të energjisë prej rreth 100-120 W dhe tension të ulët, një rrymë deri në 100 A mund të rrjedhë përmes kontakteve.
Hedhja e mbetjeve industriale
Më parë, vaferat me defekt, mbetjet e tyre dhe mikroçipet e dëmtuara shkuan dëm. Sot po zhvillohen zhvillime për t'i përdorur ato si bazë për prodhimin e qelizave diellore.
"Kostumi i lepurushit"
Kështu quhen kominoshe të bardha që duhet të veshin të gjithë punëtorët në objektet e prodhimit. Kjo bëhet për të ruajtur pastërtinë maksimale dhe për të mbrojtur kundër hyrjes aksidentale të grimcave të pluhurit në objektet e prodhimit. "Kostumi i lepurit" u përdor për herë të parë në fabrikat e përpunuesve në vitin 1973 dhe që atëherë është bërë një standard i pranuar.
99,9999%
Vetëm silikoni i pastërtisë më të lartë është i përshtatshëm për prodhimin e përpunuesve. Boshllëqet pastrohen me kimikate speciale.
300 mm
Ky është diametri i vaferave moderne të silikonit për prodhimin e përpunuesve.
1000 herë
Ja sa më i pastër është ajri në ambientet e fabrikave të çipave sesa në sallën e operacionit.
20 shtresa
Çipi i procesorit është shumë i hollë (më pak se një milimetër), por ai përmban më shumë se 20 shtresa të kombinimeve komplekse strukturore të transistorëve që duken si autostrada me shumë nivele.
2500
Kjo është saktësisht se sa çipa të procesorit Intel Atom (ata kanë zonën më të vogël midis CPU-ve moderne) vendosen në një vaferë 300 mm.
10 000 000 000 000 000 000
Njëqind kuintilionë transistorë, blloqet ndërtuese të mikroçipave, dërgohen nga fabrikat çdo vit. Ky është afërsisht 100 herë më shumë se numri i vlerësuar i milingonave në planet.
A
Kostoja e prodhimit të një transistori në një procesor sot është e barabartë me koston e printimit të një shkronje në një gazetë.
Në procesin e përgatitjes së këtij artikulli, u përdorën materiale nga faqja zyrtare e Intel Corporation, www.intel.ua
KU prodhohen procesorët Intel?
Siç kam shkruar në një postim të mëparshëm, Intel aktualisht ka 4 fabrika të afta për prodhimin masiv të procesorëve duke përdorur teknologjinë 32 nm: D1D dhe D1C në Oregon, Fab 32 në Arizona dhe Fab 11X në New Mexico.
Le të shohim se si funksionojnë
Lartësia e çdo fabrike të prodhimit të procesit Intel është Niveli i sistemit të ventilimit Mikroprocesori përbëhet nga miliona transistorë Niveli i dhomës së pastër Kati mbulon sipërfaqen e disa fushave të futbollit Përveç kërkesave të shtuara për sterilitet të ambienteve, Niveli më i ulët Projektuar për sisteme që mbështesin funksionimin e fa- Niveli inxhinierik |
Për të ndërtuar një fabrikë të këtij niveli, duhen rreth 3 vjet dhe rreth 5 miliardë - kjo është sasia që uzina do të duhet të "rimarrë" në 4 vitet e ardhshme (deri në shfaqjen e një procesi të ri teknologjik dhe arkitekturës, produktiviteti i kërkuar sepse kjo është rreth 100 vafera silikoni që punojnë në orë). Për të ndërtuar një fabrikë do t'ju duhet:
- më shumë se 19,000 ton çelik
— më shumë se 112,000 metra kub beton
— më shumë se 900 kilometra kabllo
SI bëhen mikroprocesorët
Teknikisht, një mikroprocesor modern është bërë në formën e një qarku të integruar ultra të madh, i përbërë nga disa miliardë elementë - kjo është një nga strukturat më komplekse të krijuara nga njeriu. Elementet kryesore të çdo mikroprocesori janë çelsat diskrete - transistorët. Me bllokimin dhe kalimin e rrymës elektrike (on-off), ato mundësojnë që qarqet logjike kompjuterike të funksionojnë në dy gjendje, pra në një sistem binar. Madhësitë e tranzistorit maten në nanometra. Një nanometër (nm) është një e miliarda e një metri.
Shkurtimisht, procesi i prodhimit të një procesori duket si ky: një kristal cilindrik i vetëm është rritur nga silikoni i shkrirë në pajisje speciale. Shufra e përftuar ftohet dhe pritet në "petulla", sipërfaqja e së cilës rrafshohet me kujdes dhe lëmohet në një shkëlqim pasqyre. Më pas, në "dhomat e pastra" të fabrikave gjysmëpërçuese, krijohen qarqe të integruara në vafera silikoni duke përdorur fotolitografi dhe gravurë. Pas ri-pastrimit të vaferave, specialistët e laboratorit kryejnë testime selektive të përpunuesve nën një mikroskop - nëse gjithçka është "në rregull", atëherë vaferat e përfunduara priten në përpunues individualë, të cilët më vonë mbyllen në kuti.
Le të shohim të gjithë procesin në më shumë detaje.
Fillimisht, SiO2 merret në formën e rërës, e cila reduktohet me koks në furrat me hark (në një temperaturë prej rreth 1800°C):
SiO2 + 2C = Si + 2CO
Një silic i tillë quhet "teknik" dhe ka një pastërti prej 98-99.9%. Përpunuesit e prodhimit kërkojnë një lëndë të parë shumë më të pastër të quajtur "silicon elektronik", i cili nuk duhet të përmbajë më shumë se një atom të huaj për miliard atome silikoni. Për t'u pastruar në këtë nivel, silikoni fjalë për fjalë "lind përsëri". Nga klorimi i silikonit teknik, fitohet tetrakloridi i silikonit (SiCl4), i cili më pas shndërrohet në triklorosilan (SiHCl3):
3SiCl4 + 2H2 + Si ↔ 4SiHCl3
Këto reagime, duke përdorur riciklimin e nënprodukteve që rezultojnë që përmbajnë silikon, reduktojnë kostot dhe eliminojnë problemet mjedisore:
2SiHCl3 ↔ SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 ↔ SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl ↔ SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 ↔ Si + 2H2
Hidrogjeni që rezulton mund të përdoret në shumë vende, por më e rëndësishmja është se u përftua silikoni "elektronik", i pastër, shumë i pastër (99,9999999%). Pak më vonë, një farë ("pika e rritjes") ulet në shkrirjen e silikonit të tillë, i cili gradualisht tërhiqet nga kutia. Si rezultat, formohet një i ashtuquajtur "boule" - një kristal i vetëm aq i gjatë sa një i rritur. Pesha është e përshtatshme - në prodhim një boule e tillë peshon rreth 100 kg.
Shufra lyhet me një "zero" :) dhe pritet me një sharrë diamanti. Dalja është vaferë (e koduar "wafer") rreth 1 mm e trashë dhe 300 mm në diametër (~ 12 inç; këto janë ato që përdoren për procesin 32 nm me teknologjinë HKMG, High-K/Metal Gate).
Tani gjëja më interesante është se është e nevojshme të transferoni strukturën e procesorit të ardhshëm në vaferë silikoni të lëmuar, domethënë të futni papastërti në zona të caktuara të meshës së silikonit, të cilat në fund të fundit formojnë transistorë. Si ta bëjmë atë?
Problemi zgjidhet duke përdorur teknologjinë e fotolitografisë - një proces i gdhendjes selektive të shtresës sipërfaqësore duke përdorur një fotomaskë mbrojtëse. Teknologjia është ndërtuar mbi parimin "dritë-shabllon-fotorezist" dhe vazhdon si më poshtë:
— Një shtresë materiali aplikohet në nënshtresën e silikonit nga e cila do të formohet një model. Një fotorezist është aplikuar në të - një shtresë e materialit polimer të ndjeshëm ndaj dritës që ndryshon vetitë e tij fizike dhe kimike kur rrezatohet me dritë.
— Ekspozimi kryhet (ndriçimi i shtresës fotografike për një periudhë kohe të caktuar) përmes një fotomaske
— Heqja e fotorezistit të shpenzuar.
Struktura e dëshiruar vizatohet në një maskë fotografike - si rregull, kjo është një pjatë prej xhami optik, në të cilën zonat e errëta aplikohen fotografikisht. Çdo shabllon i tillë përmban një nga shtresat e procesorit të ardhshëm, kështu që duhet të jetë shumë i saktë dhe praktik.
Vaferi rrezatohet nga një rrymë jonesh (atome të ngarkuar pozitivisht ose negativisht), të cilat në vende të caktuara depërtojnë nën sipërfaqen e vaferit dhe ndryshojnë vetitë përçuese të silikonit (zonat e gjelbra janë atome të huaja të ngulitura).
Në fotografi, drita kaloi përmes filmit negativ, goditi sipërfaqen e letrës fotografike dhe ndryshoi vetitë e saj kimike. Në fotolitografi, parimi është i ngjashëm: drita kalon përmes një maskë fotografike në një fotorezist, dhe në ato vende ku kaloi përmes maskës, seksionet individuale të fotorezistit ndryshojnë vetitë. Rrezatimi i dritës transmetohet përmes maskave, të cilat janë të përqendruara në substrat. Për fokusim të saktë, kërkohet një sistem i veçantë lentesh ose pasqyrash, të cilat jo vetëm që mund të zvogëlojnë imazhin e prerë në maskë në madhësinë e çipit, por edhe ta projektojnë me saktësi atë në pjesën e punës. Vaferat e printuara janë zakonisht katër herë më të vogla se vetë maskat. 
I gjithë fotorezisti i shpenzuar (i cili ka ndryshuar tretshmërinë e tij nën ndikimin e rrezatimit) hiqet me një zgjidhje të veçantë kimike - së bashku me të, një pjesë e substratit nën fotorezistin e ndriçuar gjithashtu shpërndahet. Pjesa e substratit që është mbrojtur nga drita nga maska nuk do të tretet. Ai formon një përcjellës ose element aktiv të ardhshëm - rezultati i kësaj qasjeje është modele të ndryshme të qarkut në secilën shtresë të mikroprocesorit.
Në fakt, të gjithë hapat e mëparshëm ishin të nevojshëm për të krijuar struktura gjysmëpërçuese në vendet e kërkuara duke futur një papastërti të dhuruesit (n-tip) ose pranues (p-lloj). Le të themi se duhet të krijojmë një rajon përqendrimi të bartësve të tipit p në silikon, domethënë një zonë përcjellëse vrimash. Për ta bërë këtë, vaferi përpunohet duke përdorur një pajisje të quajtur implantues - jonet e borit me energji të madhe lëshohen nga një përshpejtues i tensionit të lartë dhe shpërndahen në mënyrë të barabartë në zona të pambrojtura të formuara gjatë fotolitografisë.
Aty ku dielektriku është hequr, jonet depërtojnë në shtresën e silikonit të pambrojtur - përndryshe ato "ngecin" në dielektrikë. Pas procesit tjetër të gdhendjes, dielektriku i mbetur hiqet dhe zonat mbeten në pllakën në të cilën ka bor lokal. Është e qartë se përpunuesit modernë mund të kenë disa shtresa të tilla - në këtë rast, një shtresë dielektrike rritet përsëri në figurën që rezulton dhe më pas gjithçka ndjek rrugën e shkelur mirë - një shtresë tjetër fotorezisti, procesi i fotolitografisë (duke përdorur një maskë të re) , gravurë, implantim...
Elementet logjike që formohen gjatë procesit të fotolitografisë duhet të lidhen me njëri-tjetrin. Për ta bërë këtë, pllakat vendosen në një zgjidhje të sulfatit të bakrit, në të cilin, nën ndikimin e një rryme elektrike, atomet metalike "vendosen" në "kalimet" e mbetura - si rezultat i këtij procesi galvanik, formohen zona përçuese. , duke krijuar lidhje midis pjesëve individuale të "logjikës" së procesorit. Veshja e tepërt përçuese hiqet me lustrim.
Hurray - pjesa më e vështirë ka mbaruar. Mbetet vetëm një mënyrë dinake për të lidhur "mbetjet" e transistorëve - parimi dhe sekuenca e të gjitha këtyre lidhjeve (autobusëve) quhet arkitektura e procesorit. Këto lidhje janë të ndryshme për secilin procesor - megjithëse qarqet duken plotësisht të sheshta, në disa raste mund të përdoren deri në 30 nivele të "telave" të tillë.
Kur përfundon përpunimi i vaferës, vaferat transferohen nga prodhimi në dyqanin e montimit dhe testimit. Atje, kristalet i nënshtrohen testeve të para, dhe ato që kalojnë testin (dhe kjo është pjesa dërrmuese) priten nga nënshtresa me një pajisje të veçantë.
Në fazën tjetër, procesori paketohet në një substrat (në foto - një procesor Intel Core i5, i përbërë nga një CPU dhe një çip grafik HD).
Nënshtresa, kristali dhe mbulesa e shpërndarjes së nxehtësisë janë të lidhura së bashku - ky është produkti që do të nënkuptojmë kur themi fjalën "procesor". Nënshtresa e gjelbër krijon një ndërfaqe elektrike dhe mekanike (ari përdoret për të lidhur elektrikisht çipin e silikonit me kutinë), falë të cilit do të jetë e mundur instalimi i procesorit në prizën e motherboard - në fakt, kjo është vetëm një platformë në të cilën kontaktet nga çipi i vogël drejtohen. Mbulesa e shpërndarjes së nxehtësisë është një ndërfaqe termike që ftoh procesorin gjatë funksionimit - është në këtë mbulesë që sistemi i ftohjes do të ngjitet, qoftë një radiator më i freskët ose një bllok uji i shëndetshëm.
Tani imagjinoni që një kompani të shpallë, për shembull, 20 procesorë të rinj. Ato janë të gjitha të ndryshme - numri i bërthamave, madhësia e cache-it, teknologjitë e mbështetura... Çdo model procesori përdor një numër të caktuar transistorësh (duke llogaritur në miliona dhe madje miliarda), parimin e tij të lidhjes së elementeve... Dhe e gjithë kjo duhet të jetë projektuar dhe krijuar/automatizuar - shabllone, lente, litografi, qindra parametra për çdo proces, testim... Dhe e gjithë kjo duhet të funksionojë gjatë gjithë kohës, në disa fabrika njëherësh... Si rezultat, duhet të shfaqen pajisje që nuk kanë vend për gabime në funksionim... Dhe kostoja e këtyre kryeveprave teknologjike duhet të jetë brenda kufijve të mirësjelljes...
Si bëhen mikroprocesorët?
A keni qenë ndonjëherë në zemër të industrisë së gjysmëpërçuesve - një fabrikë çipash? Çdo strukturë e tillë është një krijim që mund t'i lërë përshtypje kujtdo, qoftë edhe dikujt të pa iniciuar në proceset e prodhimit.
Ata që vizituan atje kishin ndjenjën se po bënin një udhëtim fantastik në një milingonë futuriste robotësh ose brenda vetë mikroqarkullimit. Atje, në një dhomë sterile me madhësinë e tre fushave të futbollit, rrotullohen robotë dhe dhjetëra specialistë të veshur me skafandra dhe helmeta mbrojtëse. Dhe makinat me precizion të lartë për prodhimin e mikroçipave "notojnë" në platforma speciale, të ndriçuara nga drita e verdhë-portokalli...
Fazat e prodhimit të çipave dhe fotolitografisë
Qarqet e integruara bëhen në sipërfaqen e silikonit monokristalor (Silicon (Si) përdoret sepse është gjysmëpërçuesi më i përshtatshëm për këto qëllime. Nga ana tjetër, gjysmëpërçuesit janë një klasë materialesh përçueshmëria elektrike e të cilëve është ndërmjet përçueshmërisë së përçuesve (kryesisht metaleve ) dhe izoluesit (dielektrikët) mund të veprojnë edhe si dielektrik edhe si përcjellës - në varësi të sasisë dhe llojit të papastërtive të elementëve të tjerë kimikë, megjithatë, kjo veçori përdoret gjerësisht në prodhimin e mikroqarqeve Në raste të rralla, në vend të silikonit përdoren gjithashtu materiale të tjera, në veçanti, Intel është në gjendje të prezantojë transistorë bipolarë hetero-bashkues (HBT) në teknologjinë e tij të procesit 90 nm. më pak se një milimetër) i rrumbullakët (me një diametër deri në 30 cm) një vaferë silikoni e quajtur substrate [Vaferat e hollë janë prerë nga një copë e rëndë cilindrike e gjatë e silikonit njëkristalor, e cila rritet duke përdorur një metodë të veçantë precize. Pastaj pllakat lëmohen në një përfundim pasqyre duke përdorur metoda mekanike dhe kimike. Sipërfaqja "pune" (domethënë ajo mbi të cilën krijohet më tej mikroqarkullimi) e pllakës duhet të jetë e lëmuar dhe e përsosur në nivelin atomik dhe të ketë një orientim kristalografik shumë të saktë (të ngjashëm me aspektet e ndryshme të një diamanti gjatë prerjes, por edhe më e përsosur)]. Shtresat formohen përmes proceseve të ndryshme duke përdorur kimikate, gazra dhe dritë. Prodhimi i mikroprocesorëve modernë është një proces kompleks që përbëhet nga më shumë se treqind hapa - më shumë se njëzet shtresa janë të lidhura "me zbukurime" me njëra-tjetrën në mënyrë që të formojnë një qark mikroprocesor me një strukturë tre-dimensionale. Numri i saktë i shtresave në substrat (vafer) varet nga projekti i projektimit të një procesori të veçantë. Qindra mikroprocesorë identikë krijohen në një substrat të vetëm silikoni dhe në fazën përfundimtare priten në kristale individuale drejtkëndore - patate të skuqura.
Proceset e formimit të shtresave dhe modeleve të ndryshme të elementeve të mikroqarqeve në një substrat janë mjaft të sofistikuara (në fakt, kjo është një fushë e tërë e shkencës), por ato bazohen në një ide të thjeshtë: meqenëse dimensionet karakteristike të modelit të krijuar janë kaq të vogla. (Për shembull, qeliza e memories cache e një procesori në një bërthamë Prescott 90 nm njëqind herë më e vogël se një qelizë e kuqe e gjakut (eritrociti) dhe një nga transistorët e tij është madhësia e një virusi gripi), gjë që e bën thjesht të pamundur depozitoni disa materiale në vendet e duhura, ata e bëjnë më thjeshtë - materiali depozitohet menjëherë në të gjithë sipërfaqen e nënshtresës dhe më pas hiqet me kujdes nga vendet ku nuk është e nevojshme. Kjo arrihet përmes procesit të fotolitografisë.
H 
Çfarë është një "dhomë e pastër" dhe pse përdoren në fabrikat e gjysmëpërçuesve?
Çipat duhet të prodhohen në kushte ajri të kontrolluar dhe shumë të pastër. Meqenëse elementët funksionalë (tranzistorët, përçuesit) në mikroçipe janë shumë të vegjël, çdo grimcë e huaj (pluhur, tym ose thekon lëkure) që futet në një vaferë me mikroqarqe të ardhshme në fazat e ndërmjetme të prodhimit të saj mund të dëmtojë të gjithë kristalin. Dhomat e pastra klasifikohen sipas madhësisë dhe numrit të mikrogrimcave të pranishme për njësi vëllimi (këmbë kub, afërsisht një e tridhjeta e metër kub) ajri. Për shembull, dhomat e klasës 1 të përdorura në prodhimtarinë moderne janë afërsisht një mijë herë më të pastra se sa një sallë operacioni kirurgjik. Një dhomë e pastër kontrollon pastërtinë e ajrit duke filtruar ajrin në hyrje, duke hequr papastërtitë nga instalimet, duke lëvizur ajrin në mënyrë laminare nga tavani në dysheme (në rreth gjashtë sekonda) dhe duke rregulluar lagështinë dhe temperaturën. Njerëzit në "dhoma të pastra" veshin kostume speciale që mbulojnë, ndër të tjera, të gjithë flokët e tyre (dhe në disa raste edhe sistemin e tyre të frymëmarrjes). Për të eliminuar dridhjet, dhomat e pastra janë të vendosura në bazamentin e tyre rezistent ndaj dridhjeve.
Fotolitografia është baza e palëkundur e prodhimit të mikroqarqeve, dhe në të ardhmen e parashikueshme nuk ka gjasa të ketë një zëvendësim të denjë për të. Prandaj, ka kuptim ta shqyrtojmë atë në më shumë detaje. Për shembull, ne duhet të krijojmë një model në një shtresë të një materiali - dioksidi i silikonit ose metali (këto janë operacionet më të zakonshme në prodhimin modern). Para së gjithash, një shtresë e hollë (zakonisht më e hollë se një mikron) dhe e vazhdueshme, pa defekte, e materialit të dëshiruar krijohet në nënshtresë në një mënyrë ose në një tjetër. Më pas, mbi të kryhet fotolitografi. Për ta bërë këtë, fillimisht një shtresë e hollë e materialit fotosensiv të quajtur fotorezist aplikohet në sipërfaqen e vaferës (Photoresist aplikohet nga faza e lëngshme, e shpërndarë në mënyrë të barabartë mbi sipërfaqen e vaferës duke u rrotulluar në një centrifugë dhe thahet derisa të ngurtësohet). Më pas vafera me fotorezist vendoset në një instalim preciz, ku zonat e dëshiruara të sipërfaqes rrezatohen me dritë ultravjollcë përmes vrimave transparente në fotomaskë (e quajtur edhe fotomaskë). Maska përmban një model përkatës (të aplikuar në sipërfaqen e vaferës), i cili zhvillohet për secilën shtresë gjatë procesit të projektimit të çipit. Nën ndikimin e rrezatimit ultravjollcë, zonat e rrezatuara të fotorezistit ndryshojnë vetitë e tyre në mënyrë që të bëhet e mundur heqja e tyre në mënyrë selektive duke përdorur reagjentë të caktuar kimikë (Ka fotorezistë negativë dhe pozitivë. Njeriu "bëhet më i fortë" kur rrezatohet, kështu që zonat e tij të parrezatuara janë hiqet, ndërsa tjetra, përkundrazi, humbet rezistencën e saj kimike, prandaj, zonat e saj të rrezatuara hiqen, në përputhje me rrethanat, dallohen fotolitografia pozitive dhe negative). Pas heqjes së fotorezistit, vetëm ato zona të sipërfaqes së vaferës mbeten të hapura në të cilat duhet të kryhet operacioni i dëshiruar - për shembull, heqja e një shtrese dielektrike ose metali. Ato hiqen me sukses (kjo procedurë quhet gravurë - kimike ose plazma-kimike), pas së cilës mbetjet e fotorezistit mund të hiqen përfundimisht nga sipërfaqja e vaferit, duke ekspozuar modelin e formuar në shtresën e materialit të dëshiruar për veprime të mëtejshme. Fotolitografia ka përfunduar.
P 
Në prodhimin e mikroprocesorëve modernë, është e nevojshme të kryhen operacione fotolitografike deri në 20-25 herë - çdo herë në një shtresë të re. Në total duhen disa javë! Në disa raste, këto janë shtresa të materialeve izoluese që shërbejnë si dielektrik i portës së transistorëve ose shtresa pasivizuese (izoluese) midis transistorëve dhe përcjellësve. Në të tjerat, ky është formimi i portave polisilikon përçuese të transistorëve dhe përçuesve metalikë që lidhin transistorët (Për hir të thjeshtësisë, disa nga operacionet ndonjëherë kombinohen - për shembull, të ashtuquajturat porta të vetë-rreshtuara bëhen në bazë të e njëjta fotolitografi duke formuar njëkohësisht një model të një dielektrike të portës dhe një porte të hollë polisilikoni). Së treti, ky është formimi i rajoneve të dopuara në mënyrë selektive (kryesisht kullimet dhe burimet e transistorëve) dhe dopingu i zonave të sipërfaqes së një vafere silikoni me një kristal me atome të jonizuar të elementeve të ndryshëm kimikë (për të krijuar n- ose p- lloji i rajoneve gjysmëpërçuese në silikon) nuk bëhet përmes dritareve në fotorezist (është shumë i paqëndrueshëm për këtë), dhe përmes modelit në një shtresë mjaft të trashë të dielektrikut të aplikuar (për shembull, i njëjti oksid silikoni). Pas së cilës dielektriku hiqet së bashku me fotorezistin.
Ndonjëherë përdoret një metodë interesante si fotolitografia shpërthyese. Kjo do të thotë, së pari formohet një model (dritaret janë gdhendur në shtresën fotorezistente ose dielektrike të përkohshme), më pas një shtresë e vazhdueshme e materialit të ri (për shembull, metali) aplikohet në sipërfaqen e vaferës dhe në fund vaferi vendoset në një reagent që heq mbetjet e fotorezistit ose dielektrikut të përkohshëm. Si rezultat, shtresa e hequr duket se "shpërthen" nga brenda, duke hequr me vete copat e metalit të fundit të aplikuar të shtrirë mbi të, dhe në zonat e "hapura" më parë (dritaret) metali mbeti dhe formoi modelin funksional. na duhen (përçues ose porta). Dhe kjo është vetëm maja e ajsbergut të quajtur teknologji mikroelektronike, e cila bazohet në parimin e fotolitografisë.
Në këtë mënyrë, një strukturë komplekse tredimensionale me trashësi disa mikron krijohet në sipërfaqen e vaferës së silikonit, e cila, në fakt, është një qark elektronik. Në krye, qarku është i mbuluar me një shtresë të trashë (mikrone) dielektrike pasivizuese, duke mbrojtur strukturën e hollë nga ndikimet e jashtme. Ai hap vetëm dritare për jastëkë kontakti metalikë katrorë të mëdhenj, me madhësi dhjetëra mikron, përmes të cilave qarku furnizohet me tensione furnizimi dhe sinjale elektrike nga jashtë. Dhe nga poshtë, baza mekanike e mikroqarkullimit është një meshë silikoni me trashësi qindra mikronë. Teorikisht, një qark i tillë mund të bëhet shumë i hollë (10-30 mikronë) dhe, nëse dëshironi, edhe "mbështjellë në një tub" pa humbur funksionalitetin. Dhe punë e ngjashme ka qenë duke u zhvilluar për disa kohë në drejtime të caktuara, megjithëse kristalet tradicionale të mikroqarqeve (patate të skuqura) mbeten ende "të palakuara".
Pas përfundimit të procedurave teknologjike, secili prej kristaleve në vaferë testohet (më shumë për këtë në artikullin vijues), dhe më pas vafera pritet në kristale individuale (patate të skuqura drejtkëndëshe) duke përdorur një sharrë diamanti (Para prerjes në kristale, trashësia e meshë në mikroprocesorët modern është reduktuar me rreth një të tretën në përdorimin e lustrimit mekanik. substrati gjatë paketimit). Më pas, çdo çip paketohet në strehën e vet, gjë që e lejon atë të lidhet me pajisje të tjera. Lloji i paketimit varet nga lloji i çipit dhe mënyra se si do të përdoret. Së fundi, të gjitha çipat e paketuara testohen përsëri (të papërshtatshmet refuzohen, të përshtatshmet i nënshtrohen testeve të veçanta të stresit në temperatura dhe lagështi të ndryshme, si dhe testimi i shkarkimit elektrostatik), renditen sipas karakteristikave dhe përputhshmërisë me specifikime të caktuara dhe dërgohen te klienti.
Intel Copy Exactly Technology
U 
Për shumicën e prodhuesve të çipave, pajisjet dhe proceset e përdorura në laboratorët e tyre R&D janë të ndryshme nga ato të përdorura në fabrikat e tyre të produkteve të gatshme. Dhe gjatë transferimit të prodhimit nga prodhimi pilot në prodhim serik, shpesh lindin vonesa serioze për faktin se pajisjet e reja kërkojnë modifikime dhe përshtatje të konsiderueshme të proceseve teknologjike për të arritur një përqindje të lartë të rendimentit të produktit të përshtatshëm të marrë më parë në laboratorë. Kjo jo vetëm që vonon prodhimin masiv, por gjithashtu çon në ndryshime në qindra parametra të procesit dhe madje edhe në produktet përfundimtare. E njëjta gjë është e vërtetë nëse një proces i vendosur në një fabrikë transferohet në një tjetër me pajisje të reja.
Për të parandaluar kostot e mundshme, Intel Corporation, e cila tashmë ka më shumë se një duzinë fabrika gjysmëpërçuese, disa vite më parë prezantoi teknologjinë Copy Exactly, thelbi i së cilës është se kur teknologjia e prodhimit të një produkti të caktuar transferohet nga një laborator në një fabrikë ose ndërmjet fabrika të ndryshme, një përsëritje (dyfishim) e plotë e gjithçkaje që lidhet me këtë proces teknik deri në detajet më të vogla. Për këtë qëllim, në veçanti, menaxherët e impianteve janë të përfshirë në zhvillimin e produktit. Dhe kur transferoni teknologjinë, fjalë për fjalë kopjohet gjithçka - jo vetëm parametrat hyrës dhe dalës të proceseve (më shumë se 500!), por edhe rrjedha e tyre, pajisjet dhe cilësimet e saj, furnizuesit e lëndëve të para për proceset teknike, sistemi i tubacionit, dhomat e pastra madje edhe metodat e trajnimit të personelit.
Kjo teknikë inovative e transferimit të teknologjisë është dëshmuar të jetë shumë e suksesshme. Sot, ajo i lejon fabrikat të arrijnë kapacitetin e plotë pothuajse menjëherë pas fillimit - brenda disa javësh. Përveç kësaj, teknologjia Copy Exactly u jep fabrikave të një korporate fleksibilitet më të madh: vaferat e filluara në një fabrikë mund të kompletohen në një tjetër pa kompromentuar cilësinë dhe rendimentin. Dhe në rast të një aksidenti ose riorganizimi të njërës prej fabrikave, të tjerët do të "marrin" punën e saj dhe biznesi praktikisht nuk do të vuajë. Kjo teknologji vlerësohet edhe nga konkurrentët - si AMD dhe IBM - megjithëse aktualisht nuk është e zbatueshme mes tyre, pasi rrugët e tyre teknologjike janë disi të ndryshme.
Fabrikat e gjysmëpërçuesve
ME 
Industria e çipave tani po i afrohet fundit të një prej atyre revolucioneve që ndryshon fytyrën e një industrie një herë në dekadë. Prodhuesit po kalojnë nga vaferë me diametër 200 mm në vaferë me diametër 300 mm (shiko foton në të djathtë), si rezultat i së cilës bëhet e mundur të zvogëlohet ndjeshëm kostoja e prodhimit të mikroqarqeve, dhe bashkë me të të gjithë gjysmëpërçuesit elektronikë produkteve. Fakti është se një nënshtresë me një diametër prej 300 mm siguron një rritje prej 225% në sipërfaqen e vaferës së silikonit dhe një rritje prej 240% në rendimentin e dobishëm të patate të skuqura nga çdo substrat. Përveç kësaj, karakteristikat mjedisore të prodhimit janë përmirësuar ndjeshëm, gjë që kërkon më pak konsum të kimikateve dhe energjisë për përpunues dhe krijon më pak mbetje. Krahasuar me një fab që funksionon në vaferë 200 mm, fabrika e re lëshon 48% më pak VOC, përdor 42% më pak ujë ultra të pastër dhe përdor rreth 40% më pak energji, sipas Intel. Kostot e punës janë ulur me 50%.
Fabrikat moderne "300 mm" janë ndërmarrje industriale gjigante me vlerë rreth 2 miliardë dollarë dhe një sipërfaqe prej më shumë se qindra mijëra metra katrorë. Vetëm disa nga kompanitë e sotme të çipave (shih shiritin anësor në faqen 34 për 20 më të mirat) mund të përballojnë të investojnë në fabrika kaq të shtrenjta. Në fund të fundit, për të ndërtuar dhe funksionuar më tej ndërmarrje të tilla, është e nevojshme të arrihen shitje vjetore prej të paktën 6 miliardë dollarësh për fabrikë. Fabrika të tilla zakonisht quhen " shkritore" - një nga përkthimet e këtij termi në rusisht do të thotë " shkritore". Emri personifikon shkallën industriale kolosale: procesi i bizhuterive të prodhimit të elementeve të mikroprocesorit të teknologjisë së lartë bëhet një rrymë industriale, shkalla e së cilës është e krahasueshme vetëm me shkallën e prodhimit të punëtorive të mëdha metalurgjike. Në vitin 2000, kur shitjet e çipave po lulëzonin, vetëm dhjetë kompani në botë kishin shitje mbi 6 miliardë dollarë. Nga "garda e vjetër", sot vetëm Intel, IBM, Infineon, AMD, Texas Instruments dhe Samsung zotërojnë fabrikat e tyre operative për prodhimin e çipave në nënshtresa 300 mm. Të tjerat krijohen dhe menaxhohen bashkërisht nga kombinime kompanish - për shembull, Motorola - Philips - STMicroelectronics - Taiwan Semiconductor. Udhëheqësi i padyshimtë në planet për të ndërtuar fabrika të reja është Tajvani. Tashmë në vitin 2001, ishulli prodhoi një të pestën e prodhimit të përgjithshëm të substratit në botë, dhe deri në vitin 2010 kjo pjesë mund të arrijë në 40%. Pranë Tajvanit janë Kina, Malajzia dhe Singapori - ata planifikojnë të ndërtojnë 15 fabrika, pesë prej të cilave do të punojnë në vaferë 300 mm.
U 
Intel Corporation ka tashmë katër fabrika të tilla në shkallë industriale: F11X në Rio Rancho (New Mexico), dy - D1C dhe D1D - në Hillsboro (Oregon) dhe Fab 24 e sapo porositur në qytetin irlandez Leixlip. Të gjithë ata mund të prodhojnë procesorë duke përdorur teknologjinë 90 nm; i pesti, Fab 12 në Chandler (Arizona) për teknologjinë e procesit 65 nm, do të transferohet në vaferë 300 mm deri në vitin 2005. Dhe, për shembull, AMD planifikon të vërë në punë fabrikën e parë 300 mm Fab 36 vetëm vitin e ardhshëm, shikoni rishikimin në www.terralab.ru/system/33692. Ekspertët besojnë se fabrikat ekzistuese me nënshtresa 200 mm do të jenë në gjendje të qëndrojnë në det deri në vitin 2005, pas së cilës nuk do të mund të përballojnë më konkurrencën e çmimeve me procesin 300 mm. Deri në vitin 2005, çipat do të prodhohen duke përdorur teknologjinë 65 nm dhe një miliardë transistorë do të integrohen në mikroprocesorë! Çipat do të bëhen aq të vegjël sa do të lejojnë që telefonat celularë me telefonim zanor të futen në një stilolaps.
Pse fabrikat e çipave janë kaq të shtrenjta (deri në 5 miliardë dollarë)? Fabrikat gjysmëpërçuese kryejnë detyrat më komplekse të çdo fabrike në botë. Ata përdorin vetëm materiale të specializuara, bulona, elementë strukturorë, pajisje etj. Përveç kësaj, fabrikat e Intel, për shembull, janë pothuajse dyfishi i madhësisë mesatare të fabrikave të ngjashme në botë. Vetë ndërtesa kushton afërsisht 25% të kostos totale të fabrikës dhe për dhjetë vite të tjera pas ndërtimit ajo mbetet një strukturë e përshtatshme për zgjidhjen e problemeve më moderne. Pajisjet (instalimet për fotolitografi, depozitimi në fazë gazi, implantimi i joneve) dhe makinat në dysheme kushtojnë 75% të mbetur.
Janë marrë matje shtesë për të siguruar rezistencën ndaj dridhjeve të themelit dhe instalimeve. Edhe nëse fabrika është nga jashtë një ndërtesë, në fakt është disa ndërtesa të ndara nga njëra-tjetra me intervale të mëdha (deri në 10 cm) dhe secila ndërtesë ka themelet e saj. Kjo ndihmon në zbutjen e dridhjeve të ndryshme - si nga burime të jashtme (automjete, trena) ashtu edhe nga dridhjet e vetë pajisjes.
