Це може здатися дурним питанням, на яке можна відповісти однією пропозицією: кремній – 14 елемент у періодичній таблиці. Тим не менш, кремній найчастіше згадується на сайтах, присвячених електроніці, тому що він не тільки головний компонент більшості будівельних матеріалів, але й основа для сучасних комп'ютерних процесорів, і навіть найімовірніший кандидат на роль базисного елемента «невуглецевого життя». особливим?
Кремній як будівельний матеріал
Після кисню кремній найпоширеніший у земній корі елемент, але знайти його не так вже й просто, адже він майже ніколи не зустрічається у чистому вигляді. Найчастіше у природі зустрічається силікат SiO4 чи діоксид кремнію SiO2. Кремній також є основним компонентом піску. Польовий шпат, граніт, кварц - всі вони засновані на з'єднанні кремнію та кисню.
Сполуки кремнію мають широкий спектр корисних властивостей, в основному тому, що вони можуть щільно зв'язувати інші атоми в складних конструкціях. Різні силікати, такі як силікат кальцію, є основним компонентом цементу, головним сполучним бетоном і навіть штукатуркою. Деякі силікатні матеріали використовуються в кераміці і, звичайно, склі. Крім того, кремній додають такі субстанції як чавун, щоб сплав був більш міцним.
І, так, кремній також є основним структурним компонентом синтетичного матеріалу силікону, через що силікон (silicone) часто плутають із кремнієм (silicon). Відомим прикладом є Силіконова долина, яка насправді кремнієва.
Кремній як комп'ютерний чіп
При виборі матеріалу основи комп'ютерних транзисторів ключовим чинником було опір. Провідники мають низький опір і проводять струм дуже легко, тоді як ізолятори блокують струм завдяки високому опору. Транзистор повинен поєднувати в собі обидві властивості.
Кремній не єдина напівпровідникова речовина на Землі - він навіть не найкращий напівпровідник. Проте він широко доступний. Його не складно добувати та з ним легко працювати. І найголовніше, вчені знайшли надійний спосіб виводити з нього впорядковані кристали. Для кремнію ці кристали є тим самим, ніж діамант для алмазу.
Побудова ідеальних кристалів одна із основних аспектів виробництва комп'ютерних чіпів. Ці кристали потім нарізаються в тонкі пластини, гравіюють, обробляються і проходять сотні обробок, перш ніж стають комерційними процесорами. Реально зробити більш досконалі транзистори з вуглецю або таких екзотичних матеріалів як германій, але жоден з них не дозволить відтворити настільки масштабне виробництво - принаймні поки що.
В даний момент кристали кремнію створюються в 300-мм циліндрах, але дослідження швидко наближаються до рубежу 450 мм. Це має урізати виробничі витрати, але зберегти темпи зростання швидкості. Що після цього? Швидше за все, нам, нарешті, доведеться відмовитися від кремнію на користь просунутого матеріалу - хороша новина для прогресу, але майже напевно погана новина для вашого гаманця.
Кремній як позаземне життя
Фраза «вуглецеве життя» згадується досить часто, але що воно означає? Це означає, що основні структурні молекули нашого тіла (білки, амінокислоти, нуклеїнові кислоти, жирні кислоти та інше) будуються на основі атомів вуглецю. Так відбувається тому, що вуглець може бути чотиривалентним. Кисень може сформувати два стійкі хімічні зв'язки одночасно, азот тільки три, але вуглець може утримувати до чотирьох різних атомів відразу. Це є потужною основою для побудови молекул та розвитку життя.
Так як періодична таблиця впорядкована так, що елементи у вертикальному стовпці мають схожі хімічні властивості - і під вуглецем знаходиться кремній. Ось чому так багато теоретиків приділяють увагу «кремнієвому життю», одним із доказів на їхню користь є той факт, що кремній також чотиривалентний.
Звичайно, враховуючи, що кремнію на Землі набагато більше, ніж вуглецю, має бути вагома причина, чому органічне життя будується на основі вуглецю. І тут треба знову звернутися до періодичної таблиці. Елементи, які вертикально знаходяться нижче, мають важчі ядра і більші електронні оболонки, тому кремній через свій розмір менше підходить для таких точних завдань, як побудова ДНК. Таким чином, в іншій частині Всесвіту розвиток організму на основі кремнію теоретично можливий, але на нашій планеті це навряд чи станеться.
Кремній з'являтиметься в новинах ще довго, адже навіть якщо якийсь елемент замінить його як основу для комп'ютерних обчислень, до моменту повного переходу пройде дуже багато часу. До того ж є інші сфери його застосування, і не виключено, що будуть знайдені і нові способи використання цієї речовини. Ймовірно, кремній, як і раніше, залишиться однією з головних речовин у фізичному світі людської діяльності.
Як роблять мікросхеми
Щоб зрозуміти, в чому полягає основна відмінність між цими двома технологіями, необхідно зробити короткий екскурсу саму технологію виробництва сучасних процесорів чи інтегральних мікросхем.
Як відомо зі шкільного курсу фізики, сучасної електронікиосновними компонентами інтегральних мікросхем є напівпровідники p-типу та n-типу (залежно від типу провідності). Напівпровідник - це речовина, що за провідністю перевершує діелектрики, але поступається металам. Основою напівпровідників обох типів може служити кремній (Si), який у чистому вигляді (так званий власний напівпровідник) погано проводить електричний струм, проте додавання (використання) кремній певної домішки дозволяє радикально змінити його провідні властивості. Існує два типи домішки: донорна та акцепторна. Донорна домішка призводить до утворення напівпровідників n-типу з електронним типом провідності, а акцепторна до утворення напівпровідників p-типу з дірковим типом провідності. Контакти p- і n-напівпровідників дозволяють формувати транзистори основні структурні елементи сучасних мікросхем. Такі транзистори, звані КМОП-транзисторами, можуть перебувати у двох основних станах: відкритому, коли вони проводять електричний струм, і замкненим при цьому вони електричний струм не проводять. Оскільки КМОП-транзистори є основними елементами сучасних мікросхем, поговоримо про них докладніше.
Як влаштований КМОП-транзистор
Найпростіший КМОП-транзистор n-типу має три електроди: витік, затвор і стік. Сам транзистор виконаний у напівпровіднику p-типу з дірковою провідністю, а в областях стоку та витоку формуються напівпровідники n-типів з електронною провідністю. Природно, що за рахунок дифузії дірок з p-області в n-область та зворотної дифузії електронів з n-області в p-область на межах переходів p-і n-областей формуються збіднені шари (шари, в яких відсутні основні носії зарядів). У звичайному стані, тобто коли до затвора не прикладається напруга, транзистор знаходиться в замкненому стані, тобто не здатний проводити струм від витоку до стоку. Ситуація не змінюється, навіть якщо прикласти напругу між стоком і витоком (при цьому ми не беремо до уваги струми витоку, викликані рухом під впливом неосновних носіїв заряду, що формуються електричних полів, тобто дірок для n-області і електронів для p-області).
Однак якщо до затвора додати позитивний потенціал (рис. 1), то ситуація докорінно зміниться. Під впливом електричного поля затвора дірки виштовхуються в глибину p-напівпровідника, а електрони, навпаки, втягуються в область під затвором, утворюючи збагачений електронами канал між витоком і стоком. Якщо прикласти до затвора позитивну напругу, ці електрони починають рухатися від початку до стоку. При цьому транзистор проводить струм, кажуть, що транзистор «відкривається». Якщо напруга з затвора знімається, електрони перестають втягуватися в область між витоком і стоком, канал, що проводить, руйнується і транзистор перестає пропускати струм, тобто «замикається». Таким чином, змінюючи напругу на затворі, можна відкривати або замикати транзистор, аналогічно тому, як можна вмикати або вимикати звичайний тумблер, керуючи проходженням струму ланцюгом. Саме тому транзистори іноді називають електронними перемикачами. Однак, на відміну від звичайних механічних перемикачів, КМОП-транзистори практично безінерційні і здатні переходити з відкритого в замкнений стан трильйони разів на секунду! Саме цією характеристикою, тобто здатністю миттєвого перемикання, і визначається, зрештою, швидкодія процесора, що складається з десятків мільйонів таких найпростіших транзисторів.
p align="justify"> Отже, сучасна інтегральна мікросхема складається з десятків мільйонів найпростіших КМОП-транзисторів. Зупинимося докладніше на процесі виготовлення мікросхем, перший етап якого отримання кремнієвих підкладок.
Крок 1. Вирощування болванок
Створення таких підкладок починається з вирощування циліндричного формою монокристалу кремнію. Надалі з таких монокристалічних заготовок (болванок) нарізають круглі пластини (wafers), товщина яких становить приблизно 1/40 дюйма, а діаметр 200 мм (8 дюймів) або 300 мм (12 дюймів). Це і є кремнієві підкладки, що служать для виробництва мікросхем.
p align="justify"> При формуванні пластин з монокристалів кремнію враховується та обставина, що для ідеальних кристалічних структур фізичні властивості значною мірою залежать від обраного напрямку (властивість анізотропії). Наприклад, опір кремнієвої підкладки буде різним у поздовжньому та поперечному напрямках. Аналогічно, залежно від орієнтації кристалічних ґрат, кристал кремнію буде по-різному реагувати на будь-які зовнішні впливи, пов'язані з його подальшою обробкою (наприклад, травлення, напилення тощо). Тому пластина повинна бути вирізана з монокристалу таким чином, щоб орієнтація кристалічної решітки щодо поверхні була витримана в певному напрямку.
Як зазначалося, діаметр заготівлі монокристалу кремнію становить або 200, або 300 мм. Причому діаметр 300 мм це відносно нова технологія, Про яку ми розповімо нижче. Зрозуміло, що на пластині такого діаметра може розміститися далеко не одна мікросхема, навіть якщо йдеться про процесор Intel Pentium 4. Дійсно, на одній подібній пластині-підкладці формується кілька десятків мікросхем (процесорів), але для простоти ми розглянемо лише процеси, що відбуваються на невеликій ділянці одного майбутнього мікропроцесора.
Крок 2. Нанесення захисної плівки діелектрика (SiO2)
Після формування кремнієвої підкладки настає етап створення найскладнішої напівпровідникової структури.
Для цього в кремній потрібно впровадити так звані донорну та акцепторну домішки. Однак виникає питання, як здійснити впровадження домішок за точно заданим малюнком-шаблоном? Щоб це стало можливим, ті області, куди не потрібно впроваджувати домішки, захищають спеціальною плівкою з діоксиду кремнію, залишаючи оголеними тільки ті ділянки, які піддаються подальшій обробці (рис. 2). Процес формування такої захисної плівки потрібного малюнка складається з кількох етапів.
На першому етапі вся пластина кремнію покривається тонкою плівкою діоксиду кремнію (SiO2), який є дуже хорошим ізолятором і виконує функцію захисної плівки при подальшій обробці кристала кремнію. Пластини поміщають у камеру, де при високій температурі (від 900 до 1100 °С) і тиску відбувається дифузія кисню в поверхневі шари пластини, що призводить до окислення кремнію і утворення поверхневої плівки діоксиду кремнію. Для того, щоб плівка діоксиду кремнію мала точно задану товщину і не містила дефектів, необхідно суворо підтримувати постійну температуру у всіх точках пластини в процесі окислення. Якщо плівкою з діоксиду кремнію повинна бути покрита не вся пластина, то попередньо на кремнієву підкладку наноситься маска Si3N4, що запобігає небажаному окисленню.
Крок 3. Нанесення фоторезистива
Після того, як кремнієва підкладка покриється захисною плівкоюдіоксиду кремнію необхідно видалити цю плівку з тих місць, які будуть піддаватися подальшій обробці. Видалення плівки здійснюється за допомогою травлення, а для захисту інших областей від травлення поверхню пластини наноситься шар так званого фоторезиста. Терміном «фоторезисти» позначають світлочутливі та стійкі до дії агресивних факторів склади. Склади, що застосовуються, повинні володіти, з одного боку, певними фотографічними властивостями (під впливом ультрафіолетового світла ставати розчинними і вимиватися в процесі травлення), а з іншого резистивними, що дозволяють витримувати травлення в кислотах і лугах, нагрівання і т.д. Основне призначення фоторезистів створення захисного рельєфу потрібної конфігурації.
Процес нанесення фоторезиста та його подальше опромінення ультрафіолетом по заданому малюнку називається фотолітографією і включає такі основні операції: формування шару фоторезиста (обробка підкладки, нанесення, сушіння), формування захисного рельєфу (експонування, прояв, сушіння) та передача зображення на підкладку (травлення, напилення) і т.д.).
Перед нанесенням шару фоторезиста (мал. 3) на підкладку остання піддається попередньої обробки, внаслідок чого покращується її зчеплення із шаром фоторезиста. Для нанесення рівномірного шару фоторезисту використовується метод центрифугування. Підкладка поміщається на диск, що обертається (центрифуга), і під впливом відцентрових сил фоторезист розподіляється по поверхні підкладки практично рівномірним шаром. (Говорячи про практично рівномірний шар, враховують ту обставину, що під дією відцентрових сил товщина плівки, що утворюється, збільшується від центру до країв, однак такий спосіб нанесення фоторезиста дозволяє витримати коливання товщини шару в межах ±10%.)
Крок 4. Літографія
Після нанесення та сушіння шару фоторезиста настає етап формування необхідного захисного рельєфу. Рельєф утворюється в результаті того, що під дією ультрафіолетового випромінювання, що потрапляє на певні ділянки шару фоторезиста, останній змінює властивості розчинності, наприклад освітлені ділянки перестають розчинятися в розчиннику, які видаляють ділянки шару, що не піддалися освітленню, або навпаки освітлені у. За способом утворення рельєфу фоторезисти ділять на негативні та позитивні. Негативні фоторезисти під впливом ультрафіолетового випромінювання утворюють захисні ділянки рельєфу. Позитивні фоторезисти, навпаки, під впливом ультрафіолетового випромінювання набувають властивості плинності і вимиваються розчинником. Відповідно, захисний шар утворюється в тих ділянках, які не піддаються ультрафіолетовому опроміненню.
Для засвічення потрібних ділянок шару фоторезиста використовується спеціальний шаблон-маска. Найчастіше для цієї мети застосовуються платівки із оптичного скла з отриманими фотографічним або іншим способом непрозорими елементами. Фактично такий шаблон містить малюнок одного з шарів майбутньої мікросхеми (всього таких шарів може бути кілька сотень). Оскільки цей шаблон є еталоном, він має бути виконаний з великою точністю. До того ж з урахуванням того, що по одному фотошаблону буде зроблено дуже багато фотопластин, він має бути міцним та стійким до пошкоджень. Звідси зрозуміло, що фотошаблон дуже дорога річ: залежно від складності мікросхеми він може коштувати десятки тисяч доларів.
Ультрафіолетове випромінювання, проходячи крізь такий шаблон (рис. 4), засвічує лише потрібні ділянки поверхні шару фоторезиста. Після опромінення фоторезист зазнає прояву, в результаті якого видаляються непотрібні ділянки шару. У цьому відкривається відповідна частина шару діоксиду кремнію.
Незважаючи на простоту фотолітографічного процесу, що здається, саме цей етап виробництва мікросхем є найбільш складним. Справа в тому, що відповідно до передбачення Мура кількість транзисторів на одній мікросхемі зростає експоненційно (подвоюється кожні два роки). Подібне зростання числа транзисторів можливе лише завдяки зменшенню їх розмірів, але саме зменшення і «впирається» у процес літографії. Для того, щоб зробити транзистори менше, необхідно зменшити геометричні розміри ліній, що наносяться на шар фоторезисту. Але всьому є межа сфокусувати лазерний промінь в точку виявляється не так просто. Справа в тому, що відповідно до законів хвильової оптики мінімальний розмір плями, в який фокусується лазерний промінь (насправді це не просто пляма, а дифракційна картина), визначається крім інших факторів та довжиною світлової хвилі. Розвиток літографічної технології з часу її винаходу на початку 70-х йшов у напрямку скорочення довжини світлової хвилі. Саме це дозволяло зменшувати розміри елементів інтегральної схеми. З середини 80-х фотолітографії стало використовуватися ультрафіолетове випромінювання, одержуване за допомогою лазера. Ідея проста: довжина хвилі ультрафіолетового випромінювання менша, ніж довжина хвилі світла видимого діапазону, отже, можливо отримати більш тонкі лінії на поверхні фоторезиста. Донедавна для літографії використовувалося глибоке ультрафіолетове випромінювання (Deep Ultra Violet, DUV) із довжиною хвилі 248 нм. Однак коли фотолітографія переступила межу 200 нм, виникли серйозні проблеми, які вперше поставили під сумнів можливість подальшого використання цієї технології. Наприклад, при довжині хвилі менше 200 мкм занадто багато світла поглинається світлочутливим шаром, тому ускладнюється та уповільнюється процес передачі шаблону схеми на процесор. Подібні проблеми спонукають дослідників та виробників шукати альтернативу традиційній літографічній технології.
Нова технологія літографії, що отримала назву ЕUV-літографії (Extreme UltraViolet - надтверде ультрафіолетове випромінювання), заснована на використанні ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 13 нм.
Перехід з DUV- на EUV-літографію забезпечує більш ніж 10-кратне зменшення довжини хвилі та перехід у діапазон, де вона можна порівняти з розмірами всього кількох десятків атомів.
Літографічна технологія, що зараз застосовується, дозволяє наносити шаблон з мінімальною шириною провідників 100 нм, в той час як EUV-літографія робить можливим друк ліній набагато меншої ширини до 30 нм. Керувати ультракоротким випромінюванням не так просто, як здається. Оскільки EUV-випромінювання добре поглинається склом, нова технологія передбачає використання серії з чотирьох спеціальних опуклих дзеркал, які зменшують і фокусують зображення, отримане після застосування маски (рис. 5, , ). Кожне таке дзеркало містить 80 окремих металевих шарів завтовшки приблизно 12 атомів.
Крок 5. Травлення
Після засвічування шару фоторезиста настає етап травлення (etching) для видалення плівки діоксиду кремнію (рис. 8).
Часто процес травлення асоціюється із кислотними ваннами. Такий спосіб травлення в кислоті добре знайомий радіоаматорам, які самостійно робили друковані плати. Для цього на фольгований текстоліт лаком, що виконує функцію захисного шару, наносять малюнок доріжок майбутньої плати, а потім опускають пластину у ванну з азотною кислотою. Непотрібні ділянки фольги нацьковуються, оголюючи чистий текстоліт. Цей спосіб має ряд недоліків, головний з яких - неможливість точно контролювати процес видалення шару, так як занадто багато факторів впливають на процес травлення: концентрація кислоти, температура, конвекція і т.д. Крім того, кислота взаємодіє з матеріалом у всіх напрямках і поступово проникає під край маски з фоторезиста, тобто руйнує збоку прикриті фоторезистом шари. Тому під час виробництва процесорів використовується сухий метод травлення, званий також плазмовим. Такий метод дозволяє точно контролювати процес травлення, а руйнування шару, що витравлюється, відбувається строго у вертикальному напрямку.
При використанні сухого травлення для видалення з поверхні пластини діоксиду кремнію застосовується іонізований газ (плазма), який вступає в реакцію з поверхнею діоксиду кремнію, у результаті утворюються леткі побічні продукти.
Після процедури травлення, тобто коли оголені потрібні області чистого кремнію, видаляється частина фотошару, що залишилася. Таким чином, на підкладці кремнієвої залишається малюнок, виконаний діоксидом кремнію.
Крок 6. Дифузія (іонна імплантація)
Нагадаємо, що попередній процес формування необхідного малюнка на кремнієвій підкладці був потрібний для того, щоб створити в потрібних місцях напівпровідникові структури шляхом впровадження донорної або акцепторної домішки. Процес впровадження домішок здійснюється за допомогою дифузії (рис. 9) рівномірного впровадження атомів домішки в кристалічну решітку кремнію. Для отримання напівпровідника n-типу зазвичай використовують сурму, миш'як чи фосфор. Для отримання напівпровідника p-типу як домішка використовують бір, галій або алюміній.
Для процесу дифузії легуючої домішки застосовується іонна імплантація. Процес імплантації полягає в тому, що іони потрібної домішки "вистрілюються" з високовольтного прискорювача і, володіючи достатньою енергією, проникають у поверхневі шари кремнію.
Отже, після закінчення етапу іонної імплантації необхідний шар напівпровідникової структури створено. Однак у мікропроцесорах таких шарів може бути кілька. Для створення чергового шару отриманому малюнку схеми вирощується додатковий тонкий шар діоксиду кремнію. Після цього наносяться шар полікристалічного кремнію та ще один шар фоторезиста. Ультрафіолетове випромінювання пропускається крізь другу маску та висвічує відповідний малюнок на фотошарі. Потім знову слідують етапи розчинення фотошару, травлення та іонної імплантації.
Крок 7. Напилення та осадження
Накладання нових шарів здійснюється кілька разів, при цьому для міжшарових з'єднань у шарах залишаються вікна, які заповнюються атомами металу; в результаті на кристалі створюються металеві смужки, які проводять області. Таким чином, у сучасних процесорах встановлюються зв'язки між шарами, що формують складну тривимірну схему. Процес вирощування та обробки всіх шарів триває кілька тижнів, а сам виробничий цикл складається з більш ніж 300 стадій. У результаті кремнієвої пластині формуються сотні ідентичних процесорів.
Щоб витримати дії, яким піддаються пластини в процесі нанесення шарів, кремнієві підкладки спочатку робляться досить товстими. Тому, перш ніж розрізати пластину на окремі процесори, її товщину зменшують на 33% і видаляють забруднення з зворотного боку. Потім на тильну сторону підкладки наносять шар спеціального матеріалу, що покращує кріплення кристала корпусу майбутнього процесора.
Крок 8. Заключний етап
Після закінчення циклу формування всі процесори ретельно тестуються. Потім із пластини-підкладки за допомогою спеціального пристрою вирізаються конкретні кристали, що вже пройшли перевірку (рис. 10).
Кожен мікропроцесор вбудовується в захисний корпус, який забезпечує електричне з'єднання кристала мікропроцесора із зовнішніми пристроями. Тип корпусу залежить від типу та передбачуваного застосування мікропроцесора.
Після запечатування у корпус кожен мікропроцесор повторно тестується. Несправні процесори відбраковують, а справні піддають випробуванням навантаження. Потім процесори сортують залежно від їхньої поведінки при різних тактових частотах та напругах харчування.
Перспективні технології
Технологічний процес виробництва мікросхем (зокрема процесорів) розглянутий нами дуже спрощено. Але навіть такий поверхневий виклад дозволяє зрозуміти технологічні проблеми, з якими доводиться стикатися при зменшенні розмірів транзисторів.
Однак, перш ніж розглядати нові перспективні технології, відповімо на поставлене на самому початку статті питання: що таке проектна норма технологічного процесу і чим, власне, відрізняється проектна норма 130 нм від норми 180 нм? 130 нм або 180 нм - це характерна мінімальна відстань між двома сусідніми елементами в одному шарі мікросхеми, тобто своєрідний крок сітки, до якої здійснюється прив'язка елементів мікросхеми. При цьому цілком очевидно, що чим менше цей характерний розмір, тим більше транзисторів можна розмістити на одній площі мікросхеми.
В даний час у виробництві процесорів Intel використовується 0,13-мікронний технологічний процес. За цією технологією виготовляють процесор Intel Pentium 4 з ядром Northwood, процесор Intel Pentium III з ядром Tualatin та процесор Intel Celeron. У разі застосування такого технологічного процесу корисна ширина транзистора каналу становить 60 нм, а товщина оксидного шару затвора не перевищує 1,5 нм. Загалом у процесорі Intel Pentium 4 розміщується 55 млн. транзисторів.
Поряд із збільшенням щільності розміщення транзисторів у кристалі процесора, 0,13-мікронна технологія, що прийшла на зміну 0,18-мікронною, має й інші нововведення. По-перше, тут використовуються мідні з'єднання між окремими транзисторами (0,18-мікронної технології з'єднання були алюмінієвими). По-друге, 0,13-мікронна технологія забезпечує більш низьке енергоспоживання. Для мобільної техніки, наприклад, це означає, що енергоспоживання мікропроцесорів стає меншим, а час роботи від акумуляторної батареїбільше.
Ну і останнє нововведення, яке було втілено при переході на 0,13-мікронний технологічний процес – це використання кремнієвих пластин (wafer) діаметром 300 мм. Нагадаємо, що до цього більшість процесорів та мікросхем виготовлялися на основі 200-міліметрових пластин.
Збільшення діаметра пластин дозволяє знизити собівартість кожного процесора та збільшити вихід продукції належної якості. Дійсно, площа пластини діаметром 300 мм в 2,25 рази більша за площу пластини діаметром 200 мм, відповідно і кількість процесорів, одержуваних з однієї пластини діаметром 300 мм, в два з лишком рази більше.
2003 року очікується впровадження нового технологічного процесу з ще меншою проектною нормою, а саме 90-нанометрового. Новий технологічний процес, за яким корпорація Intel вироблятиме велику частину своєї продукції, у тому числі процесори, набори мікросхем та комунікаційне обладнання, був розроблений на дослідному заводі D1C корпорації Intel з обробки 300-міліметрових пластин у м. Хіллсборо (шт. Орегон).
23 жовтня 2002 року корпорація Intel оголосила про відкриття нового виробництва вартістю 2 млрд. дол. у Ріо-Ранчо (шт. Нью-Мексико). На новому заводі, який отримав назву F11X, застосовуватиметься сучасна технологія, За якою будуть вироблятися процесори на 300-мм підкладках з використанням технологічного процесу з проектною нормою 0,13 мікрон. У 2003 році завод буде переведено на технологічний процес із проектною нормою 90 нм.
Крім того, корпорація Intel вже заявила про відновлення будівництва ще одного виробничого об'єкту на Fab 24 у Лейксліпі (Ірландія), який призначений для виготовлення напівпровідникових компонентів на 300-міліметрових підкладках кремнієвих з 90-нанометровою проектною нормою. Нове підприємство загальною площею понад 1 млн кв. футів із особливо чистими приміщеннями площею 160 тис. кв. футів передбачається ввести в дію у першій половині 2004 року, і на ньому працюватиме більше тисячі співробітників. Вартість об'єкту становить близько 2 млрд. дол.
У 90-нанометровому процесі застосовується низка передових технологій. Це і найменші в світі серійно виготовляються КМОП-транзистори з довжиною затвора 50 нм (рис. 11), що забезпечує зростання продуктивності при одночасному зниженні енергоспоживання, і найтонший оксидний шар затвора серед усіх транзисторів, що коли-небудь вироблялися, всього 1, (Мал. 12), або менше 5 атомарних шарів, і перша в галузі реалізація високоефективної технології напруженого кремнію.
З перелічених характеристик коментарів потребує, мабуть, лише поняття «напруженого кремнію» (рис. 13). У такому кремнії відстань між атомами більша, ніж у звичайному напівпровіднику. Це, у свою чергу, забезпечує вільніше протікання струму, аналогічно тому, як на дорозі з ширшими смугами руху вільніше і швидше рухається транспорт.
Через війну всіх нововведень на 10-20% поліпшуються робочі характеристики транзисторів, зі збільшенням витрат за виробництво лише на 2%.
Крім того, у 90-нанометровому технологічному процесі використовується сім шарів у мікросхемі (рис. 14), що на один шар більше, ніж у 130-нанометровому технологічному процесі, а також мідні сполуки.
Всі ці особливості у поєднанні з 300-міліметровими кремнієвими підкладками забезпечують корпорації Intel виграш у продуктивності, обсягах виробництва та собівартості. У виграші виявляються і споживачі, оскільки новий технологічний процес Intel дозволяє продовжити розвиток галузі відповідно до закону Мура, знову і знову підвищуючи продуктивність процесорів.
Процесорце серце будь-якого сучасного комп'ютера. Будь-який мікропроцесор по суті є великою інтегральною схемою, на якій розташовані транзистори. Пропускаючи електричний струм, транзистори дозволяють створювати двійкову логіку (вкл. – вимк.) обчислень. Сучасні процесори виконуються з урахуванням 45 нм технології. 45нм (нанометр) це розмір одного транзистора, розташованого на процесорній пластині. Ще недавно переважно використовували 90 нм технологію.
Пластини виготовляються з кремнію, який займає 2 місце за розміром покладів у земній корі.
Кремній одержують хімічною обробкою, очищаючи його від домішок. Після цього його починають виплавляти, формуючи кремнієвий циліндр діаметром 300 мм. Цей циліндр надалі розрізають на пластини алмазною ниткою. Товщина кожної пластини близько 1 мм. Щоб пластина мала ідеальну поверхню, після різання ниткою, її шліфують спеціальною шліфувальною машиною.
Після цього поверхня кремнієвої пластини виходить ідеально рівною. До речі, багато виробничих компаній вже заявили про можливість роботи з 450 мм пластинами. Чим більша поверхня – тим більша кількість транзисторів для розміщення, тим більше висока продуктивність процесора.
Процесорскладається з кремнієвої пластини, на поверхні якої розташовується до дев'яти рівнів транзисторів, розділені шарами оксиду для ізоляції.
Розвиток технології виробництва процесорів
Гордон Мур, один із засновників компанії Intel, одного з лідерів виробництва процесорів у світі, у 1965 році на основі своїх спостережень відкрив закон, за яким нові моделі процесорів та мікросхем з'являлися через рівні відрізки часу. Зростання кількості транзисторів у процесорах зростає приблизно 2 рази за 2 роки. Вже протягом 40 років закон Гордона Мура працює без спотворень. Освоєння майбутніх технологій не за горами – вже є робочі прототипи на основі 32 нм та 22 нм технології виробництва процесорів. До середини 2004 року потужність процесора залежала насамперед від частоти процесора, але починаючи з 2005 року частота процесорів практично перестала зростати. З'явилася нова технологія багатоядерності процесора. Тобто створюється кілька ядер процесора з тактовою частотою, і під час роботи потужність ядер підсумовується. Завдяки цьому підвищується загальна потужність процесора.
Нижче ви можете переглянути відео про виробництво процесорів.
Майже всі знають, що в комп'ютері головним елементом серед усіх «залізних» компонентів є центральний процесор. Але коло людей, які уявляють собі, як працює процесор, є дуже обмеженим. Більшість користувачів про це й гадки не мають. І навіть коли система раптом починає «гальмувати», багато хто вважає, що це процесор погано працює, і не надають значення іншим факторам. Для розуміння ситуації розглянемо деякі аспекти роботи ЦП.
Що таке центральний процесор?
Із чого складається процесор?
Якщо говорити про те, як працює процесор Intel або його конкурент AMD, потрібно подивитися, як ці чіпи влаштовані. Перший мікропроцесор (до речі, саме від Intel, модель 4040) з'явився ще далекого 1971 року. Він міг виконувати лише найпростіші операції складання та віднімання з обробкою лише 4 біт інформації, тобто мав 4-бітну архітектуру.
Сучасні процесори, як і первісток, засновані на транзисторах і мають куди більшу швидкодію. Виготовляються вони методом фотолітографії з певної кількості окремих кремнієвих пластинок, що становлять єдиний кристал, в який ніби вдруковані транзистори. Схема створюється спеціальному прискорювачі розігнаними іонами бору. У внутрішній структурі процесорів основними компонентами є ядра, шини та функціональні частинки, які називають ревізіями.
Основні характеристики
Як і будь-яке інше пристрій, процесор характеризується певними параметрами, які, відповідаючи питанням, як працює процесор, обійти стороною не можна. Насамперед це:
- кількість ядер;
- кількість потоків;
- розмір кешу (внутрішньої пам'яті);
- тактова частота;
- швидкість шини.
Поки що зупинимося на тактовій частоті. Недаремно процесор називають серцем комп'ютера. Як і серце, він працює в режимі пульсації з певною кількістю тактів на секунду. Тактова частота вимірюється в МГц або ГГц. Чим вона вища, тим більше операцій може виконати пристрій.
На якій частоті працює процесор, можна дізнатися з його заявлених характеристик або подивитися інформацію в процесі обробки команд частота може змінюватися, а при розгоні (оверлокінгу) збільшуватися до екстремальних меж. Таким чином, заявлена є лише усередненим показником.
Кількість ядер - показник, що визначає кількість обчислювальних центрів процесора (не плутати з потоками - кількість ядер та потоків можуть не збігатися). За рахунок такого розподілу з'являється можливість перенаправлення операцій на інші ядра, завдяки чому підвищується загальна продуктивність.
Як працює процесор: обробка команд
Тепер трохи про структуру команд, що виконуються. Якщо подивитися, як працює процесор, потрібно чітко уявляти, що будь-яка команда має дві складові - операційну та операндну.
Операційна частина показує, що має виконати на даний момент комп'ютерна система, операнда визначає те, над чим повинен працювати саме процесор. Крім того, ядро процесора може містити два обчислювальні центри (контейнери, потоки), які поділяють виконання команди на кілька етапів:
- вироблення;
- дешифрування;
- виконання команди;
- звернення до пам'яті самого процесора
- збереження результату.
Сьогодні застосовується роздільне кешування як використання двох рівнів кеш-пам'яті, що дозволяє уникнути перехоплення двома і більше командами звернення одного з блоків пам'яті.
Процесори за типом обробки команд поділяють на лінійні (виконання команд у порядку черги їх запису), циклічні та розгалужені (виконання інструкцій після обробки умов розгалуження).
Операції, що виконуються
Серед основних функцій, покладених на процесор, у сенсі виконуваних команд чи інструкцій розрізняють три основні завдання:
- математичні дії на основі арифметико-логічного устрою;
- переміщення даних (інформації) з одного типу пам'яті до іншого;
- прийняття рішення щодо виконання команди, і його основі - вибір перемикання виконання інших наборів команд.
Взаємодія з пам'яттю (ПЗП та ОЗП)
У цьому процесі слід відзначити такі компоненти, як шина і канал читання та запису, які з'єднані із пристроями, що запам'ятовують. ПЗУ містить незмінний набір байт. Спочатку адресна шина запитує ПЗУ певний байт, потім передає його на шину даних, після чого канал читання змінює свій стан і ПЗУ надає запитаний байт.
Але процесори можуть не тільки зчитувати дані з оперативної пам'яті, але записувати їх. У цьому випадку використовується канал запису. Але, якщо розібратися, за великим рахунком сучасні комп'ютерисуто теоретично могли б взагалі обійтися без ОЗУ, оскільки сучасні мікроконтролери здатні розміщувати потрібні байти даних безпосередньо в пам'яті самого процесорного чіпа. Але без ПЗУ обійтися ніяк не можна.
Крім усього іншого, старт системи запускається з режиму тестування обладнання (команди BIOS), а тільки потім управління передається операційній системі, що завантажується.
Як перевірити, чи працює процесор?
Тепер подивимося деякі аспекти перевірки працездатності процесора. Потрібно чітко розуміти, що, якби процесор не працював, комп'ютер не зміг би почати завантаження взагалі.
Інша річ, коли потрібно подивитися на показник використання можливостей процесора у певний момент. Зробити це можна із стандартного «Диспетчера завдань» (навпроти будь-якого процесу вказано, скільки відсотків завантаження процесора він дає). Для візуального визначення цього параметра можна використовувати вкладку продуктивності, де відстеження змін відбувається в режимі реального часу. Розширені параметри можна побачити за допомогою спеціальних програмнаприклад, CPU-Z.
Крім того, можна задіяти кілька ядер процесора, використовуючи для цього (msconfig) та Додаткові параметризавантаження.
Можливі проблеми
Зрештою, кілька слів про проблеми. Ось багато користувачів часто запитують, мовляв, чому процесор працює, а монітор не вмикається? До центральному процесоруця ситуація не має жодного стосунку. Справа в тому, що при включенні будь-якого комп'ютера спочатку тестується графічний адаптер, А потім все інше. Можливо, проблема полягає якраз у процесорі графічного чіпа(Всі сучасні відеоприскорювачі мають власні графічні процесори).
Але на прикладі функціонування людського організму слід розуміти, що у разі зупинки серця вмирає весь організм. Так і з комп'ютерами. Не працює процесор – «вмирає» вся комп'ютерна система.
Коріння нашого цифрового способу життя виразно зростає з напівпровідників, які дозволили створювати складні обчислювальні чіпи на основі транзисторів. Вони зберігають і обробляють дані, що є основою сучасних мікропроцесорів. Напівпровідники, які сьогодні виготовляються з піску, є ключовим компонентом практично будь-якого. електронного пристрою, від комп'ютерів до ноутбуків та стільникових телефонів. Навіть машини тепер не обходяться без напівпровідників та електроніки, оскільки напівпровідники керують системою кондиціювання повітря, процесом упорскування палива, запаленням, люком, дзеркалами і навіть кермовим керуванням (BMW Active Steering). Сьогодні майже будь-який пристрій, який споживає енергію, збудовано на напівпровідниках.
Мікропроцесори, безперечно, знаходяться серед найскладніших напівпровідникових продуктів, оскільки незабаром кількість транзисторів досягне мільярда, а спектр функціональності вражає вже сьогодні. Незабаром вийдуть двоядерні процесори Core 2 на майже готовому 45-нм техпроцесі Intel, причому утримувати вони будуть вже 410 мільйонів транзисторів (хоча їх більшість буде використовуватися для 6-Мбайт кешу L2). 45-нм процес названий так за розміром одного транзистора, який тепер приблизно в 1000 разів менший за діаметр людського волосся. Певною мірою саме тому електроніка починає керувати всім у нашому житті: навіть коли розміри транзистора були більшими, виробляти не дуже складні мікросхеми було дуже дешево, бюджет транзисторів був дуже великим.
У нашій статті ми розглянемо основи виробництва мікропроцесорів, але також торкнемося історії процесорів, архітектури і розглянемо різні продукти на ринку. В Інтернеті можна знайти чимало цікавої інформації, дещо перераховано нижче.
- Wikipedia: Microprocessor. У цій статті розглянуто різні типипроцесорів та наведені посилання на виробників та додаткові сторінки Wiki, присвячені процесорам.
- Wikipedia: Microprocessors (Category). У розділі, присвяченому мікропроцесорам, наведено ще більше посилань та інформації.
Конкуренти у сфері ПК: AMD та Intel
Штаб-квартира компанії Advanced Micro Devices Inc., заснованої в 1969, розташовується в каліфорнійському Саннівейлі, а "серце" компанії Intel, яка була утворена всього на рік раніше, розташовується за кілька кілометрів, у місті Санта-Клара. AMD сьогодні має два заводи: в Остіні (Техас, США) і в Дрездені (Німеччина). Незабаром набуде чинності новий завод. Крім того, AMD об'єднала зусилля з IBM з розробки процесорних технологій та виробництва. Звичайно, все це лише частка від розміру Intel, оскільки у цього лідера ринку сьогодні працюють майже 20 заводів у дев'яти місцях. Приблизно половина їх використовується для мікропроцесорів. Тому, коли ви порівнюєте AMD та Intel, пам'ятайте, що ви порівнюєте Давида та Голіафа.
У Intel є безперечна перевага у вигляді величезних виробничих потужностей. Так, компанія сьогодні лідирує у впровадженні передових технологічних процесів. Intel приблизно на рік випереджає AMD щодо цього. В результаті Intel може використовувати у своїх процесорах більша кількістьтранзисторів та більший обсяг кешу. AMD, на відміну Intel, доводиться максимально ефективно оптимізувати техпроцес, ніж відстати від конкурента і випускати гідні процесори. Звичайно, дизайн процесорів та їх архітектура сильно різняться, але технічний процес виробництва побудований на тих же базових принципах. Хоча, звісно, й у ньому відмінностей багато.
Виробництво мікропроцесорів
Виробництво мікропроцесорів і двох важливих етапів. Перший полягає у виробництві підкладки, що AMD та Intel здійснюють на своїх заводах. Сюди входить і надання підкладці властивостей, що проводять. Другий етап - тест підкладок, складання та упаковка процесора. Останню операцію зазвичай проводять у менш дорогих країнах. Якщо ви подивитеся на процесори Intel, то знайдете напис, що упаковка була здійснена в Коста-Ріці, Малайзії, Філіппінах і т.д.
AMD і Intel сьогодні намагаються випускати продукти для максимальної кількості сегментів ринку, причому, на основі мінімально можливого асортименту кристалів. Прекрасний приклад – лінійка процесорів Intel Core 2 Duo. Тут є три процесори з кодовими назвами для різних ринків: Merom для мобільних додатків, Conroe – настільна версія, Woodcrest – серверна версія. Всі три процесори побудовані на одній технологічній основі, що дозволяє виробнику приймати рішення на останніх етапах виробництва. Можна вмикати або вимикати функції, а поточний рівень тактових частот дає Intel чудовий відсоток виходу придатних кристалів. Якщо на ринку підвищився попит на мобільні процесори Intel може сфокусуватися на випуску моделей Socket 479. Якщо зріс попит на настільні моделі, то компанія буде тестувати, валідувати і упаковувати кристали для Socket 775, в той час як серверні процесори упаковуються під Socket 771. Так створюються навіть чотириядерні процесори: два двоядерні кристали встановлюються в одну упаковку, ось ми отримуємо чотири ядра.
Як створюються чіпи
Виробництво чіпів полягає у накладенні тонких шарів зі складним "візерунок" на кремнієві підкладки. Спочатку створюється ізолюючий шар, що працює як електричний затвор. Зверху потім накладається фоторезистивний матеріал, а небажані ділянки видаляються за допомогою масок та високоінтенсивного опромінення. Коли опромінені ділянки будуть видалені, під ними відкриються ділянки діоксиду кремнію, який видаляється травленням. Після цього видаляється фоторезистивний матеріал, і ми отримуємо певну структуру на поверхні кремнію. Потім проводяться додаткові процесифотолітографії, з різними матеріалами, доки не буде отримана бажана тривимірна структура. Кожен шар можна легувати певною речовиною чи іонами, змінюючи електричні властивості. У кожному шарі створюються вікна, щоб підводити металеві з'єднання.
Що стосується виробництва підкладок, то з цільного монокристалу-циліндра їх необхідно нарізати тонкими "млинцями", щоб потім легко розрізати на окремі кристали процесорів. На кожному етапі виробництва виконується складне тестування, що дозволяє оцінити якість. Для тестів кожного кристала на підкладці використовують електричні зонди. Зрештою, підкладка розрізається на окремі ядра, неробочі ядра відразу ж відсіваються. Залежно від характеристик, ядро стає тим чи іншим процесором і полягає в упаковці, яка полегшує встановлення процесора на материнську плату. Усі функціональні блоки проходять через інтенсивні стрес-тести.
Все починається з підкладок
Перший крок у виробництві процесорів виконується у чистій кімнаті. До речі, важливо відзначити, що таке технологічне виробництво є скупченням величезного капіталу на квадратний метр. На будівництво сучасного заводу з усім обладнанням легко "відлітають" 2-3 млрд. доларів, та й на тестові прогони нових технологій потрібно кілька місяців. Лише потім завод може серійно випускати процесори.
Загалом процес виробництва чіпів складається з декількох кроків обробки підкладок. Сюди входить і створення самих підкладок, які в результаті розрізаються на окремі кристали.
Все починається з вирощування монокристалу, для чого затравальний кристал впроваджується у ванну з розплавленим кремнієм, який знаходиться трохи вище за точку плавлення полікристалічного кремнію. Важливо, щоб кристали росли повільно (приблизно день), щоб гарантувати правильне розташування атомів. Полікристалічний або аморфний кремній складається з багатьох різномастних кристалів, які призведуть до появи небажаних поверхневих структур з поганими електричними властивостями. Коли кремній буде розплавлений, його можна легувати за допомогою інших речовин, що змінюють електричні властивості. Весь процес відбувається у герметичному приміщенні із спеціальним повітряним складом, щоб кремній не окислювався.
Монокристал розрізається на "млинці" за допомогою кільцевої алмазної пили, яка дуже точна і не створює великих нерівностей на поверхні підкладок. Звичайно, при цьому поверхня підкладок все одно не є ідеально плоскою, тому потрібні додаткові операції.
Спочатку за допомогою сталевих пластин, що обертаються, і абразивного матеріалу (такого, як оксид алюмінію), знімається товстий шар з підкладок (процес називається притиранням). В результаті усуваються нерівності розміром від 0,05 мм до приблизно 0,002 мм (2 000 нм). Потім слід закруглити краї кожної підкладки, оскільки при гострих краях відшаровуються шари. Далі використовують процес травлення, коли за допомогою різних хімікатів (плавикова кислота, оцтова кислота, азотна кислота) поверхня згладжується ще приблизно на 50 мкм. Фізично поверхня не погіршується, оскільки весь процес є повністю хімічним. Він дозволяє видалити похибки, що залишилися в структурі кристала, в результаті чого поверхня буде близька до ідеалу.
Останній крок - полірування, яке згладжує поверхню до нерівностей, максимум 3 нм. Полірування здійснюється за допомогою суміші гідроксиду натрію та гранульованого діоксиду кремнію.
Сьогодні підкладки для мікропроцесорів мають діаметр 200 або 300 мм, що дозволяє виробникам чіпів отримувати з кожної з них багато процесорів. Наступним кроком будуть 450-мм підкладки, але раніше за 2013 рік очікувати їх не слід. Загалом, що більше діаметр підкладки, то більше вписувалося можна зробити чіпів однакового розміру. 300-мм підкладка, наприклад, дає більш ніж удвічі більше процесорів, ніж 200 мм.
Ми вже згадували легування, яке виконується під час зростання монокристалу. Але легування проводиться і з готовою підкладкою, і під час фотолітографії пізніше. Це дозволяє змінювати електричні властивості певних областей та шарів, а не всієї структури кристала
Додавання легуючої речовини може відбуватися через дифузію. Атоми легуючої речовини заповнюють вільний простір усередині кристалічних ґрат, між структурами кремнію. У деяких випадках можна легувати існуючу структуру. Дифузія здійснюється за допомогою газів (азот та аргон) або за допомогою твердих речовин або інших джерел легуючої речовини.
Ще один підхід до легування полягає в іонній імплантації, яка дуже корисна у справі зміни властивостей підкладки, яка була легована, оскільки іонна імплантація здійснюється за нормальної температури. Тому існуючі домішки не дифундують. На підкладку можна накласти маску, яка дозволяє обробляти лише певні області. Звичайно, про іонну імплантацію можна говорити довго та обговорювати глибину проникнення, активацію добавки при високій температурі, канальні ефекти, проникнення в оксидні рівні тощо, але це виходить за межі нашої статті. Процедуру можна повторювати кілька разів під час виробництва.
Щоб створити дільниці інтегральної схеми, використовується процес фотолітографії. Оскільки при цьому потрібно опромінювати не всю поверхню підкладки, важливо використовувати так звані маски, які пропускають випромінювання високої інтенсивності тільки на певні ділянки. Маски можна порівняти із чорно-білим негативом. Інтегральні схеми мають безліч шарів (20 і більше) і для кожного з них потрібна своя маска.
Структура тонкої хромової плівки наноситься на поверхню пластини з кварцового скла, щоб створити шаблон. При цьому дорогі інструменти, що використовують потік електронів або лазер, прописують необхідні дані інтегральної схеми, в результаті чого ми отримуємо шаблон із хрому на поверхні підкладки кварцової. Важливо розуміти, кожна модифікація інтегральної схеми призводить до необхідності виробництва нових масок, тому весь процес внесення правок дуже затратний. Для дуже складних схеммаски створюються дуже довго.
За допомогою фотолітографії на кремнієвій підкладці формується структура. Процес повторюється кілька разів, доки не буде створено безліч шарів (понад 20). Шари можуть складатися з різних матеріалів, причому потрібно ще й продумувати з'єднання мікроскопічними зволіканнями. Усі шари можна легувати.
Перед тим, як розпочнеться процес фотолітографії, підкладка очищається та нагрівається, щоб видалити липкі частинки та воду. Потім підкладка за допомогою спеціального пристрою покривається діоксид кремнію. Далі на підкладку наноситься зв'язуючий агент, який гарантує, що фоторезистивний матеріал, що буде нанесений на наступному кроці, залишиться на підкладці. Фоторезистивний матеріал наноситься на середину підкладки, яка потім починає обертатися з швидкістю, щоб шар рівномірно розподілився по всій поверхні підкладки. Підкладка знову потім нагрівається.
Потім через маску обкладинка опромінюється квантовим лазером, жорстким ультрафіолетовим випромінюванням, рентгенівським випромінюванням, пучками електронів або іонів - можуть використовуватися всі ці джерела світла чи енергії. Пучки електронів застосовуються, головним чином, для створення масок, рентгенівські промені та пучки іонів – для дослідницьких цілей, а у промисловому виробництві сьогодні домінують жорстке УФ-випромінювання та газові лазери.
Жорстке УФ-випромінювання з довжиною хвилі 13,5 нм опромінює фоторезистивний матеріал, проходячи через маску.
Для отримання необхідного результату дуже важливим є час проектування та фокусування. Погане фокусування призведе до того, що залишаться зайві частинки фоторезистивного матеріалу, оскільки деякі отвори в масці не будуть опромінені належним чином. Те саме вийде, якщо час проектування буде занадто маленьким. Тоді структура з фоторезистивного матеріалу буде надто широкою, ділянки під отворами будуть недотримані. З іншого боку, надмірний час проектування створює надто великі ділянки під отворами та надто вузьку структуру з фоторезистивного матеріалу. Як правило, дуже трудомістко і складно відрегулювати та оптимізувати процес. Невдале регулювання призведе до серйозних відхилень і у сполучних провідниках.
Спеціальна крокова проекційна установка переміщує підкладку у потрібне положення. Потім може проектуватися рядок або одна ділянка, найчастіше відповідна одному кристалу процесора. Додаткові мікроустановки можуть вносити додаткові зміни. Вони можуть налагоджувати існуючу технологію та оптимізувати техпроцес. Мікроустановки зазвичай працюють над площами менше 1 кв. мм, тоді як звичайні установки покривають площі більшого розміру.
Потім підкладка переходить на новий етап, де видаляється ослаблений фоторезистивний матеріал, що дозволяє отримати доступ до діоксиду кремнію. Існують мокрий та сухий процеси травлення, якими обробляються ділянки діоксиду кремнію. Мокрі процеси використовують хімічні сполуки, а сухі – газ. Окремий процес полягає і у видаленні залишків фоторезистивного матеріалу. Виробники часто поєднують мокре та сухе видалення, щоб фоторезистивний матеріал був повністю видалений. Це важливо, оскільки фоторезистивний органічний матеріал, і якщо його не видалити, він може призвести до появи дефектів на підкладці. Після травлення та очищення можна приступати до огляду підкладки, що зазвичай відбувається на кожному важливому етапі, або перекладати підкладку на новий цикл фотолітографії
Тест підкладок, збирання, упаковка
Готові підкладки тестуються на про установках зондового контролю. Вони працюють із усією підкладкою. На контакти кожного кристала накладаються контакти зонда, що дозволяє проводити електричні випробування. За допомогою програмного забезпечення тестуються всі функції кожного ядра.
За допомогою розрізання із підкладки можна отримати окремі ядра. На даний момент установки зондового контролю вже виявили, які кристали містять помилки, тому після їх розрізання можна відокремити від придатних. Раніше пошкоджені кристали фізично маркувалися, тепер у цьому немає потреби, вся інформація зберігається в єдиній базі даних.
Кріплення кристала
Потім функціональне ядро потрібно зв'язати із процесорною упаковкою, використовуючи клейкий матеріал.
Потім потрібно провести провідні з'єднання, що зв'язують контакти або ніжки упаковки та сам кристал. Можуть використовуватись золоті, алюмінієві або мідні сполуки.
Більшість сучасних процесорів використовують пластикову упаковку із розподільником тепла.
Зазвичай ядро полягає в керамічну або пластикову упаковку, що дозволяє запобігти пошкодженню. Сучасні процесори оснащуються так званим розподільником тепла, що забезпечує додатковий захист кристала, а також велику контактну поверхню з кулером.
Тестування процесора
Останній етап передбачає тестування процесора, що відбувається при підвищених температурах, відповідно до специфікацій процесора. Процесор автоматично встановлюється в тестовий сокетпісля чого відбувається аналіз усіх необхідних функцій.
Завантаження...