Как процесори

Трудно е да се повярва, но с модерен процесор е най-трудната крайния продукт в света - и в действителност, това ще изглежда, че сложно за това парче желязо?

Така че, когато една фабрика за производство на процесори с нова технология е изградена, тя има 4 години на факта, че възвръщаемостта на инвестициите (повече от $ 5 млрд) и генериране на печалби.

От прост изчисляването на тайна се оказва, че тъканта да произвежда най-малко 100 вафли за час работа.

Накратко процесор производствен процес е както следва: от стопен силиций единичен кристал се отглежда специално оборудване цилиндрична форма.

Полученият слитък се охлажда и се нарязва на "палачинки", чиято повърхност е внимателно изравнени и полирана до огледален завършек.

След това, през "чисти стаи" полупроводникови заводи за силициеви пластини с фотолитография и офорт са интегрални схеми.

След повторно рафиниране на плочи, лаборанти микроскоп произвеждат процесори примерни тестови - ако всичко "ОК", за готова плоча се нарязва на отделни процесори, които по-късно се затварят в корпуса.

химия уроци

Пясък, особено кварц, има висок процент на силиций под формата на силициев диоксид (SiO2) и началото на производствения процес е основен компонент за създаване на полупроводници.

Първоначално взети SiO2 като пясък, който в пещи (при температура от около 1800 ° С) намалява кокс:

SiO2 + 2С = Si + 2CO

Такава силиций е известен като "технически" и е с чистота от 98-99.9%. За процесори, производство изисква много по-чиста суровина, наречен "електронен силиций" - в това трябва да бъде не повече от един чужд атомни милиард силициеви атоми.

За изчистване на ниво, силиций буквално "новороден." Чрез хлориране на силиций приготвен силиконов тетрахлорид (SiCl4), който след това се превръща в трихлоросилан (SiHCl3):

Тези реакции, използващи рециклиране формира странични силикатна вещества намаляват разходите и премахване на екологични проблеми:

Полученият водород може да се използва в много места, но най-важното, че е получен "електронен" силиций, чиста най-чист (99.9999999%). По-късно в този силициев стопилка капки праймер ( "точка растеж"), постепенно се изготвя от тигела.

В резултат се получава така наречената "бик" - монокристален с ръст в зряла възраст. Тегло съответстващ - в производството на такъв модул тежи около 100 кг.

Слитък кожи "nulevku" :) и реже с диамантен трион. Надолу по веригата - плаки (кодово име "пластини") от около 1 mm дебелина и диаметър 300 mm (

12 инча; се използва такъв процес технология за 32nm с HKMG технология, висока K / метална врата).

Имало едно време Intel използва дискове с диаметър 50мм (2 "), а в близко бъдеще вече се планира да отиде на плоча с диаметър 450 mm - е оправдано най-малко по отношение на намаляване на разходите за производство на чипове по пътя на икономии. - Всички тези кристали се отглеждат е Intel, за производство на процесора са закупени другаде.

Всяка плоча е полирана, направете идеално равна, с което неговата повърхност на огледално покритие.

Производство на чипове се състои от повече от триста операции, в резултат на които повече от 20 слоя да образуват комплекс триизмерна структура. Нека съвсем накратко върху най-важните етапи.

И така полирани силициеви пластини трябва да се прехвърлят следващия процесор структура, която се въвежда в някои части на вафла онечистването от силиций, който в крайна сметка образуват транзистори. Как да го направя?

Като цяло, прилагането на различни слоеве на процесора под него - е наука, защото дори и на теория, този процес не е лесно.

фотолитография

Проблемът се решава чрез технология фотолитография - процесът на селективно ецване на повърхността защитен слой с помощта на photomask. Технологията се основава на принципа на "светло-модел-фоторезист" и е както следва:

- На силициева подложка, слой от материал, от който да се образува модел. Фоторезист се прилага към него - слой от фоточувствителен полимерен материал, който променя своите физико-химични свойства, когато се облъчва със светлина.
- Произведени експозиция (photolayer осветено за добре установена период от време) през photomask
- Премахване на отработеният фоточувствителен.

Желаният модел е съставен от photomask - обикновено плоча на оптично стъкло, на която фотографски печатни непрозрачни области. Всеки шаблон съдържа един от слоевете на бъдещето на процесора, така че трябва да бъдем много прецизни и практични.

Понякога обсади тези или други материали на правилните места на плочата е просто невъзможно, така че е много по-лесно да се прилагат на материала директно върху цялата повърхност чрез премахване на излишната от онези места, където не е необходимо - в снимката по-горе показва, синьо фоторезист отлагане.

Плаката се облъчва с йони (положително или отрицателно заредени атоми), които проникват в предварително определени места по повърхността на плочата и променят свойствата на проводима силиций (зелени порции - се имплантират чужди атома).

Как да се изолира района, които не изискват допълнителна обработка?

Преди литография върху повърхността на силициевата пластина (при висока температура в специална камера) се прилага за диелектрик защитен филм - както вече споменах, вместо традиционния силициевият диоксид е била използвана компания Intel High-K-изолатор.

Той е по-дебел от силициев диоксид, но в същото време той същите резервоарни свойства. Освен това, в резултат на увеличението в дебелината намалява изтичане ток през изолатора, и като следствие - това стана възможно да се произвеждат по-енергийно ефективни процесори.

Като цяло, има много по-трудно да се осигури еднаквост на филма върху цялата повърхност на плочата - в тази връзка се използва при производството на температурен контрол с висока точност.

И така В тези области, които ще бъдат обработвани от примеси, защитното фолио не е необходимо - това внимателно се отстранява с помощта на ецване (области отстраняване слой за образуване на многослойна структура с определени свойства).

Как да премахнете това не е навсякъде, но само в съответните области? За тази на върха на фолиото трябва да бъде приложена към друг слой от фоторезист - поради центробежната сила на въртящата се плоча, тя се прилага много тънко.

В фотография, светлината преминава през отрицателната филма, фотографска хартия падане на повърхността и да се промени неговите химически свойства. В фотолитография, подобен принцип: светлината преминава през photomask върху фоточувствителен и в тези места, където той е преминал през маската, избрани области на фоторезист свойства се променят. След маската се пропуска светлина, която е фокусирана върху субстрата.

За прецизно фокусиране изисква специална система от лещи или огледала, че не може просто да бъде намалена, изображението издълбани върху маската, за размера на чип, но и точно да го прожектирате детайла. Печатна платка, обикновено четири пъти по-малко от действителното маската.

Всички отработени фоторезист на (промени тяхната разтворимост под действието на облъчване) се отстранява с химичен разтвор - заедно с него разтваря и осветената част на субстрата под фоторезист. Част от субстрата, който е затворен от леки маска разтвори.

Той образува проводник или бъдещ активен елемент - в резултат на този подход са различни модел вина от всеки слой на микропроцесора.

Строго погледнато, всички предишни стъпки са необходими, за да се създаде необходимата поле полупроводникови структура чрез въвеждане на донор (п-тип) или акцептор (р-тип) примеси.

Да кажем, че ние трябва да направим в района на силиций на концентрацията на носителя на р-тип, т.е. зона р-тип проводимост. За тази плоча се обработва с устройство, наречено имплантатор - бор йони с огромна енергия от високо изстрел газта и разпределени равномерно в незащитените области, образувани чрез фотолитография.

Когато изолатор е била отстранена, йони проникват в силициев слой незащитена - в противен случай те са "остана" в диелектрика. След още офорт остатъци се отстраняват диелектрик и върху плаката са зоните, в които има локално бор.

Ясно е, че съвременните процесори могат да бъдат няколко такива слоеве - в този случай в придобитото фигурата отново нараснал диелектричен слой, а след това всичко върви по утъпкана пътека - още един слой на фоторезист, процес фотолитография (вече на нова маска), ецване, имплантиране ... ти Ние разбира.

Характерните размера на транзистора сега - 32 пМ и дължина на вълната, която се обработва силиций - това не е дори нормална светлина и специален ултравиолетова ексимерен лазер - 193 нм. Въпреки това, законите не позволяват на оптиката за решаване на два обекта, разположени на разстояние по-малко от половината от дължината на вълната. Това се случва в резултат на разлагане на светлината. Какво да се прави?

Прилагане на различни трикове - например, различни от тези, посочени ексимерен лазер блестящи момента ултравиолетов спектър, в съвременната фотолитография използва многослойни отразяващи оптика със специални маски и специален процес на потапяне (потапяне) литография.

Логически елементи, които се образуват в процеса на фотолитография, да бъдат свързани един с друг. За тази плоча се поставя в разтвор на меден сулфат, в който електрически ток "мивка" в останалите "преминава" металните атоми - в резултат на електрохимичния процес произвежда проводими региони, които създават връзката между отделните части на процесор "логика".

Излишният проводимо покритие се отстранява чрез полиране.

Най-трудната част отзад. Остава сложен начин за свързване на "остатъците" на транзистори - принципа и последователност на всички тези съединения (гуми) и се нарича процесорна архитектура.

За всеки процесор, тези съединения са различни - дори вериги, и изглежда да е напълно плосък, в някои случаи може да се използва до 30 нива на тези "проводници".

Отдалеч (при много висока степен на увеличение), всичко това изглежда като футуристичен пътни възли - и защото някой имали топки дизайн!

При обработката на вафла е завършена, блюдата се прехвърлят от производствения монтаж и изпитване на магазина. Там кристали преминават първия тест, и тези, които преминават теста (което е по-голямата част) се изрязват от субстрата чрез специално устройство.

В следващата стъпка на процесора е опакован в субстрат (на снимката - Intel Core i5 процесор, състояща се от процесора и чипа HD-графика).

Основа кристал и разпределение на топлината покритие са свързани помежду си - това е продукт, ние имаме предвид, като каза думата "процесор".

Зеленият субстрата създава електрически и механични интерфейс (за електрическо свързване на силициев чип към корпуса с помощта на злато), благодарение на които ще бъде възможно да се инсталира на процесора към гнездото дънна платка - в действителност, това е просто една платформа, на която контактите са разделени от малък чип.

разпределение на топлината покривка е термична интерфейс, охлаждане на процесора по време на работа - това покритие ще подпира охладителната система, независимо дали е здрав или охладител радиатор воден блок.

А гнездо (цокъл CPU) - или навреме, женски конектор, предназначени за централен процесор.

Използване на съединителя вместо прякото unsoldering процесор на процесора на дънната платка опростява замяна за ъпгрейд или поправя вашия компютър.

Съединителят може да бъде проектирана да отговаря на действителната процесор или CPU-картата (например, Pegasos). Всеки конектор позволява монтаж на само определен тип процесор или CPU-карта.

В последния етап на производството готови процесори преминават заключителни тестове за съответствие с основните характеристики - ако всичко върви добре, процесорите са сортирани в правилния ред в специални тави - в тази форма ще отидат за производители или преработватели, ще отидат на OEM-продажба.

Дори някои от страните ще се продава в кутия-версия - в красива кутия с източване система за охлаждане.

Сега си представете, че компанията е обявяване, например, 20 нови процесори. Всички те са различни един от друг - на броя на ядрата, размер на кеша, с подкрепата на технологии ...

Във всеки модел, процесорът използва определен брой транзистори (в милиони и дори милиарди), неговият принцип на комбиниране на елементите ... И всичко това е необходимо, за проектиране и изграждане / автоматизиране - модели, обективи, литографии, стотици параметри за всеки процес, тестване ...

И всичко това трябва да работи денонощно в няколко фабрики ...

В резултат на това, устройството трябва да се появи, без място за грешки в работата, както и стойността на тези технологични шедьоври трябва да бъде в рамките на почтеност.