Подробнее
Производство процессоров Содержание кремния в земной коре составляет порядка 25-30% по массе, благодаря чему по распространённости этот элемент занимает второе место после кислорода. Песок, особенно кварцевый, имеет высокий процент содержания кремния в виде диоксида кремния (БЮг) и в начале производственного процесса является базовым компонентом для создания полупроводников. Первоначально берется в виде песка, который в дуговьис печах (при температуре около 18оо°С) восстанавливают коксом: БЮг + 2С = 81 + 2СО Такой кремний носит название «технический» и имеет чистоту 98-99.9%. Для производства процессоров требуется гораздо более чистое сырье, называемое «электронным кремнием» — в таком должно быть не более одного чужеродного атома на миллиард атомов кремния. Для очистки до такого уровня, кремний буквально «рождается заново». Путем хлорирования технического кремния получают тетрахлорид кремния фСЦ.), который в дальнейшем преобразуется в трихлорсилан фНС13): 381(114 + 2Н2 + 81= 48|НС1з Данные реакции с использованием рецикла образующихся побочных кремнийсодержащих веществ снижают себестоимость и устраняют экологические проблемы: 28[НС13 = БИНгОи + Б^СЦ гБПЧгСк = 5ПЧ3С[ + 51НС13 25П43С[ = БП-Ц + БПЧгСЬ 5[Н4 = + 2Н2 Получившийся в результате водород можно много где использовать, но самое главное то, что был получен «электронный» кремний, чистый-пречистый (99,9999999%). Муть позже в расплав такого кремния опускается затравка («точка роста»), которая постепенно вытягивается из тигля. В результате образуется так называемая «буля» — монокристалл высотой со взрослого человека. Вес соответствующий — на производстве такая дуля весит порядка юо кг. Слиток режут алмазной пилой. На выходе — пластины толщиной около т мм и диаметром 300 мм. Когда-то давно 1п<;е1 использовала диски диаметром 50мм (2"), а в ближайшем будущем уже планируется переход на пластины с диаметром в 450мм — это оправдано как минимум с точки зрения снижения затрат на производство чипов. К слову об экономии — все эти кристаллы выращиваются вне 1п(е(; для процессорного производства они закупаются в другом месте. Каждую пластину полируют, делают идеально ровной, доводя ее поверхность до зеркального блеска. Итак. В отшлифованные кремниевые пластины необходимо перенести структуру будущего процессор а, то есть внедрить в определенные участки кремниевой пластины примеси, которые в итоге и образуют транзисторы. Как это сделать? Проблема решается с помощью технологии фотолитографии — процесса избирательного травления поверхностного слоя с использованием защитного фотошаблона. Технология построена по принципу «свет-шаблон-фоторезист» и проходит следующим образом: — На кремниевую подложку наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом. — Производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон — Удаление отработанного фоторезиста. Нужная структура рисуется на фотошаблоне — как правило, это пластинка из оптического стекла, на которую фотографическим способом нанесены непрозрачные области. Каждый такой шаблон содержит один из слоев будущего процессора, поэтому он должен быть очень точным и практичным. Иной раз осаждать те или иные материалы в нужных местах пластины просто невозможно, поэтому гораздо проще нанести материал сразу на всю поверхность, убрав лишнее из тех мест, где он не нужен — на изображении выше синим цветом показано нанесение фоторезиста. Пластина облучается потоком ионов (положительно или отрицательно заряженных атомов), которые в заданных местах проникают под поверхность пластины и изменяют проводящие свойства кремния (зеленые участки — это внедренные чужеродные атомы). Как изолировать области, не требующие последующей обработки? Перед литографией на поверхность кремниевой пластины (при высокой температуре в специальной камере) наносится защитная пленка диэлектрика — как я уже рассказывал, вместо традиционного диоксида кремния компания !п£е[ стала использовать Н^К-К-диэлектрик. Он толще диоксида кремния, но в то же время у него те же емкостные свойства. Более того, в связи с увеличением толщины уменьшен ток утечки через диэлектрик, а как следствие - стало возможным получать более энергоэффективные процессоры. В общем, тут гораздо сложнее обеспечить равномерность этой пленки по всей поверхности пластины — в связи с этим на производстве применяется высокоточный температурный контроль. I-1 ‘' В тех местах, которые будут обрабатываться примесями, защитная пленка не нужна — её аккуратно снимают при помощи травления (удаления областей слоя для формирования многослойной структуры с определенными свойствами). А как снять ее не везде, а только в нужных областях? Для этого поверх пленки необходимо нанести еще один слой фоторезиста - за счет центробежной силы вращающейся пластины, он наносится очень тонким слоем. В фотографии свет проходил через негативную пленку, падал на поверхность фотобумаги и менял ее химические свойства. В фотолитографии принцип схожий: свет пропускается через фотошаблон на фоторезист, и в тех местах, где он прошел через маску, отдельные участки фоторезиста меняют свойства. Через маски пропускается световое излучение, которое фокусируется на подложке. Для точной фокусировки необходима специальная система линз или зеркал, способная не просто уменьшить, изображение, вырезанное на маске, до размеров чипа, но и точно спроецировать его на заготовке. Напечатанные пластины, как правило, в четыре раза меньше, чем сами маски. Весь отработанный фоторезист (изменивший свою растворимость под действием облучения) удаляется специальным химическим раствором — вместе с ним растворяется и часть подложки под засвеченным фоторезистом. Часть подложки, которая была закрыта от света маской, не растворится. Она образует про водник или будущий активный элемент — результатом такого подхода становятся различные картины замыканий на каждом слое микропроцессора. Собственно говоря, все предыдущие шаги были нужны для того, чтобы создать в необходимых местах полупроводниковые структуры путем внедрения донорной (п-типа) или акцепторной (р-типа) примеси. Допустим нам нужно сделать в кремнии область концентрации носителей р-типа, то есть зону дырочной проводимости. Для этого пластину обрабатывают с помощью устройства, которое называется имплантер — ионы бора с огромной энергией выстреливаются из высоковольтного ускорителя и равномерно распределяются в незащищенных зонах, образованных при фотолитографии. Там, где диэлектрик был убран, ионы проникают в слой незащищенного кремния — в противном случае они «застревают» в диэлектрике. После очередного процесса травления убираются остатки диэлектрика, а на пластине остаются зоны, в которых локально есть бор. Понятно, что у современных процессоров может быть несколько таких слоев — в таком случае на получившемся рисунке снова выращивается слой диэлектрика и далее все идет по протоптанной дорожке — еще один слой фоторезиста, процесс фотолитографии (уже по новой маске), травление, имплантация... ну вы поняли. Характерный размер транзистора сейчас — 32 нм, а длина волны, которой обрабатывается кремний — это даже не обычный свет, а специальный ультрафиолетовый эксимерный лазер — 193 нм. Однако законы оптики не позволяют разрешить два объекта, находящиеся на расстоянии меньше, чем половина длины волны. Происходит это из-за дифракции света. Как быть? Применять различные ухищрения — например, кроме упомянутых эксимерных лазеров, светящих далеко в ультрафиолетовом спектре, в современной фотолитографии используется многослойная отражающая оптика с использованием специальных масок и специальный процесс иммерсионной (погружной) фотолитографии. О УФлазер затемненная область стеклянной маски кремниевая подложка АО ФОТОЛИТОГРАФИИ после проявки засвеченные области фоторезиста растворились кремниевая подложка ПОСЛЕ ФОТОЛИТОГРАФИИ Логические элементы, которые образовались в процессе фотолитографии, должны быть соединены друг с другом. Для этого пластины помещают в раствор сульфата меди, в котором под действием электрического тока атомы металла «оседают» в оставшихся «проходах» — в результате этого гальванического процесса образуются проводящие области, создающие соединения между отдельными частями процессорной «логики». Излишки проводящего покрытия убираются полировкой. Осталось хитрым способом соединить «остатки» транзисторов — принцип и последовательность всех этих соединений (шин) и называется процессорной архитектурой. Для каждого процессора эти соединения различны — хоть схемы и кажутся абсолютно плоскими, в некоторых случаях может использоваться до 30 уровней таких «проводов». Отдаленно (при очень большом увеличении) все это похоже на футуристическую дорожную развязку — и ведь кто-то же эти клубки проектирует! Когда обработка пластин завершена, пластины передаются из производства в монтажно-испытательный цех. Там кристаллы проходят первые испытания, и те, которые проходят тест (а это подавляющее большинство), вырезаются из подложки специальным устройством. На следующем этапе процессор упаковывается в подложку Конец!
процесор,много букв,интересное,интересные факты, картинки и истории ,geek,Прикольные гаджеты. Научный, инженерный и айтишный юмор,Хочу создать процессор в домашних условиях
Еще на тему
Логику пишут на Verilog'е, а развязки делает интерпретатор
В конец стоило добавить «...и плод этой высокотехнологичной и наукоемкой отрасли выпускается на прилавки, чтобы такие как ты, дорогой мой читатель, смотрел порно с азиатками и смехуечки на мудакторе».
"Но я не автор, стырил с пикабу! — pink_knight#ответить↓— 0.0"
Был еще КТОП (Конструкторско-технологические основы проектирования), но там уже было в основном про создание печатных плат, компоновку элементов и прочее...
Одно замечание - 32 нм это не размер транзистора, а точность позиционирования элементов на кристалле.
Был я на этом пикабу, но недолго, интерфейс на джое лучше как-то. Но тащат все больше оттуда, или обратная утечка тоже имеется? Или все светлые головы и даже компиляторы хороших идей сидят там?