Jak se vyrábějí mikroprocesory. Technologické etapy výroby mikroprocesorů Technologie výroby mikroprocesorů

Jak jsem slíbil - podrobný příběh o tom, jak se vyrábějí procesory ... počínaje pískem. Vše, co jste chtěli vědět, ale báli jste se zeptat)

Už jsem mluvil o " Kde se vyrábějí procesory?"A co" Výrobní potíže„Stůj na této cestě. Dnes si povíme přímo o výrobě samotné – „uvnitř a navenek“.

Výroba procesoru

Když se postaví továrna na výrobu procesorů pomocí nové technologie, má 4 roky na to, aby se investice (přes 5 miliard dolarů) vrátila a dosáhla zisku. Z jednoduchých tajných výpočtů vyplývá, že továrna musí vyrobit minimálně 100 pracovních desek za hodinu.

Proces výroby procesoru ve stručnosti vypadá takto: z roztaveného křemíku se na speciálním zařízení vypěstuje monokrystal válcového tvaru. Vzniklý ingot se ochladí a nakrájí na „placky“, jejichž povrch se pečlivě vyrovná a vyleští do zrcadlového lesku. Poté se v „čistých místnostech“ polovodičových závodů vytvářejí integrované obvody na křemíkových waferech fotolitografií a leptáním. Po opětovném vyčištění desek provedou laboratorní specialisté pod mikroskopem selektivní testování procesorů - pokud je vše v pořádku, pak jsou hotové desky rozřezány na samostatné procesory, které jsou později uzavřeny v pouzdrech.

Lekce chemie

Pojďme se na celý proces podívat blíže. Obsah křemíku v zemské kůře je asi 25–30 % hmotnosti, díky čemuž je tento prvek z hlediska prevalence na druhém místě za kyslíkem. Písek, zejména křemičitý, má vysoké procento křemíku ve formě oxidu křemičitého (SiO 2) a na začátku výrobního procesu je základní složkou pro tvorbu polovodičů.

Zpočátku se SiO 2 odebírá ve formě písku, který se redukuje koksem v obloukových pecích (při teplotě asi 1800 ° C):

Takový křemík se nazývá " technický"A má čistotu 98-99,9%. Procesory vyžadují mnohem čistší suroviny tzv. elektronický křemík"- toto by nemělo obsahovat více než jeden cizí atom na miliardu atomů křemíku. Pro čištění na tuto úroveň se křemík doslova „znovuzrození“. Chlorací komerčního křemíku se získává chlorid křemičitý (SiCl 4), který se dále převádí na trichlorsilan (SiHCl 3):
Tyto reakce využívající recyklaci vzniklých vedlejších produktů látek obsahujících křemík snižují náklady a eliminují ekologické problémy:

2SiHCl3SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl SiH4 + SiH2Cl2
SiH4Si + 2H2

Vzniklý vodík lze využít na mnoha místech, ale nejdůležitější je, že byl získán „elektronický“ křemík, čistý-čistý (99,9999999 %). O něco později se do taveniny takového křemíku kápne semínko („bod růstu“), které se postupně vytahuje z kelímku. V důsledku toho vzniká tzv. „boule“ – monokrystal o výšce dospělého člověka. Hmotnost je odpovídající - ve výrobě takový sud váží asi 100 kg.

Slitek je odlupován "nulou" :) a řezán diamantovou pilou. Na výstupu - wafery (kódové označení "wafle") o tloušťce cca 1 mm a průměru 300 mm (~ 12 palců; to jsou právě ty, které se používají pro 32nm procesní technologii s HKMG, High-K / Metal Gate technologií ). Kdysi Intel používal disky o průměru 50 mm (2") a v blízké budoucnosti se již plánuje přechod na wafery o průměru 450 mm - to je opodstatněné alespoň z hlediska snížení nákladů Když už mluvíme o úsporách, všechny tyto krystaly se pěstují mimo Intel, nakupují se jinde pro výrobu procesorů.

Každá deska je leštěná, dokonale plochá, čímž její povrch získává zrcadlový lesk.

Výroba třísek se skládá z více než tří set operací, v jejichž důsledku tvoří více než 20 vrstev složitou trojrozměrnou strukturu - objem článku dostupného na Habré nám nedovolí stručně popsat ani polovinu tohoto výčtu :) , velmi stručně a pouze o nejdůležitějších etapách.

Tak. Na leštěné křemíkové wafery je potřeba přenést strukturu budoucího procesoru, to znamená vnést do určitých oblastí křemíkového waferu nečistoty, které v konečném důsledku tvoří tranzistory. Jak to udělat? Obecně platí, že nanášení různých vrstev na procesorový substrát je celá věda, protože ani teoreticky takový proces není snadný (nemluvě o praxi, s přihlédnutím k měřítku) ... ale je tak hezké pochopit ten komplex;) No, nebo se na to alespoň pokuste přijít.

Fotolitografie

Problém je řešen pomocí technologie fotolitografie - proces selektivního leptání povrchové vrstvy pomocí ochranné fotomasky. Technologie je postavena na principu „světlo-šablona-fotorezist“ a probíhá následovně:

- Na křemíkový substrát se nanese vrstva materiálu, ze kterého má být vzor vytvořen. Aplikuje se fotorezist- vrstva polymerního fotosenzitivního materiálu, který při ozáření světlem mění své fyzikálně-chemické vlastnosti.
- Vyrobeny vystavující(osvětlení vrstvy fotografie po přesně nastavenou dobu) přes fotomasku
- Odstranění použitého fotorezistu.

Požadovaná struktura se nakreslí na fotomasku - zpravidla se jedná o desku z optického skla, na které se fotí neprůhledná místa. Každá taková šablona obsahuje jednu z vrstev budoucího zpracovatele, proto musí být velmi přesná a praktická.

Někdy je prostě nemožné uložit určité materiály na správná místa na desce, takže je mnohem snazší nanést materiál najednou na celý povrch a odstranit přebytek z těch míst, kde to není potřeba - obrázek výše ukazuje aplikace fotorezistu v modré barvě.

Deska je ozařována proudem iontů (kladně nebo záporně nabitých atomů), které na určených místech pronikají pod povrch desky a mění vodivé vlastnosti křemíku (zelené plochy jsou vnořené cizí atomy).

Jak izolovat oblasti, které nevyžadují následné ošetření? Před litografií se na povrch křemíkového plátku (při vysoké teplotě ve speciální komoře) nanese ochranný dielektrický film – jak jsem již řekl, namísto tradičního oxidu křemičitého začal Intel používat High-K dielektrikum. Je tlustší než oxid křemičitý, ale zároveň má stejné kapacitní vlastnosti. Kromě toho se v důsledku nárůstu tloušťky snižuje svodový proud přes dielektrikum a v důsledku toho je možné získat energeticky účinnější procesory. Obecně je zde mnohem obtížnější zajistit rovnoměrnost této fólie po celé ploše desky – v tomto ohledu se ve výrobě používá vysoce přesná regulace teploty.

Takže to je vše. Na těch místech, která budou ošetřena nečistotami, není potřeba ochranný film - opatrně se odstraňuje leptáním (odstranění oblastí vrstvy, aby se vytvořila vícevrstvá struktura s určitými vlastnostmi). A jak ji odstranit ne všude, ale pouze v nezbytných oblastech? K tomu je třeba na film nanést ještě jednu vrstvu fotorezistu – díky odstředivé síle rotující desky se nanáší ve velmi tenké vrstvě.

Při fotografii světlo prošlo negativním filmem, dopadlo na povrch fotografického papíru a změnilo jeho chemické vlastnosti. Ve fotolitografii je princip podobný: světlo prochází fotomaskou na fotorezist a v těch místech, kde maskou prošlo, mění jednotlivé oblasti fotorezistu vlastnosti. Světelné záření prochází maskami a je zaměřeno na substrát. Pro přesné ostření je potřeba speciální systém čoček nebo zrcadel, které dokážou obraz vyřezaný na masce nejen zmenšit na velikost čipu, ale také přesně promítnout na obrobek. Potištěné desky jsou obvykle čtyřikrát menší než samotné masky.

Veškerý vyčerpaný fotorezist (který působením ozáření změnil svou rozpustnost) se odstraní speciálním chemickým roztokem - spolu s ním se rozpustí i část substrátu pod osvětleným fotorezistem. Část substrátu, která byla maskou skryta před světlem, se nerozpustí. Tvoří vodič nebo budoucí aktivní prvek - výsledkem tohoto přístupu jsou různé vzory zkratů na každé vrstvě mikroprocesoru.

Ve skutečnosti byly všechny předchozí kroky nutné k vytvoření polovodičových struktur na potřebných místech zavedením donorové (n-typ) nebo akceptorové (p-typ) nečistoty. Předpokládejme, že potřebujeme vytvořit oblast koncentrace nosiče typu p v křemíku, to znamená děrový vodivý pás. K tomu je deska zpracována pomocí zařízení tzv implantátor- ionty boru s obrovskou energií jsou vystřelovány z vysokonapěťového urychlovače a jsou rovnoměrně rozmístěny v nechráněných zónách vzniklých při fotolitografii.

Tam, kde bylo dielektrikum odstraněno, pronikají ionty do nechráněné křemíkové vrstvy – jinak se v dielektriku „zaseknou“. Po dalším procesu leptání jsou zbytky dielektrika odstraněny a na desce zůstávají zóny, ve kterých je lokálně přítomen bór. Je jasné, že moderní procesory mohou mít takových vrstev několik - v tomto případě se ve výsledném obrazci opět naroste dielektrická vrstva a pak už jde vše po vyšlapané cestičce - další vrstva fotorezistu, proces fotolitografie (již s novou maskou) , leptání, implantace ... no, rozumíš.

Charakteristická velikost tranzistoru je nyní 32 nm a vlnová délka, se kterou se křemík zpracovává, není ani obyčejné světlo, ale speciální ultrafialový excimerový laser - 193 nm. Zákony optiky však neumožňují rozlišit dva objekty umístěné ve vzdálenosti menší než polovina vlnové délky. To je způsobeno difrakcí světla. Jak být? Chcete-li použít různé triky - například kromě zmíněných excimerových laserů, které svítí daleko v ultrafialovém spektru, moderní fotolitografie využívá vícevrstvou reflexní optiku pomocí speciálních masek a speciální proces imerzní (imerzní) fotolitografie.

Logické prvky, které se tvoří v procesu fotolitografie, musí být vzájemně propojeny. K tomu se desky umístí do roztoku síranu měďnatého, ve kterém se působením elektrického proudu "usazují" atomy kovu ve zbývajících "průchodech" - v důsledku tohoto galvanického procesu se vytvářejí vodivé oblasti které vytvářejí spojení mezi jednotlivými částmi procesorové "logiky". Přebytečný vodivý povlak se odstraní leštěním.

Domácí protažení

Hurá - to nejtěžší je za námi. Zůstává ošemetným způsobem zapojení „zbytků“ tranzistorů – princip a posloupnost všech těchto zapojení (sběrnic) se nazývá architektura procesoru. Tato zapojení jsou u každého procesoru jiná – i když se obvody zdají být zcela ploché, v některých případech lze použít až 30 úrovní takových „drátů“. Z dálky (při velmi velkém zvětšení) to všechno vypadá jako futuristická silniční křižovatka – a tyhle spleti koneckonců někdo navrhuje!

Po dokončení zpracování waferů jsou wafery převedeny z výroby do montážní a zkušební dílny. Tam krystaly procházejí prvními testy a ty, které testem projdou (a to je drtivá většina), jsou speciálním zařízením vyříznuty ze substrátu.

V další fázi je procesor zabalen do substrátu (na obrázku - procesor Intel Core i5, skládající se z CPU a HD grafického čipu).

Dobrý den, zásuvka!

Substrát, matrice a teplosměnný kryt jsou spojeny dohromady - to je produkt, který budeme mít na mysli, když řekneme slovo "procesor". Zelený substrát vytváří elektrické a mechanické rozhraní (k elektrickému spojení křemíkového čipu se skříní je použito zlato), díky kterému bude možné osadit procesor do patice základní desky – ve skutečnosti jde jen o platformu, na kterou kontakty z malého čipu jsou zapojeny. Kryt rozvádějící teplo je tepelné rozhraní, které během provozu ochlazuje procesor - právě na tento kryt bude navazovat chladicí systém, ať už chladič chladiče nebo zdravý vodní blok.

Zásuvka(konektor centrálního procesoru) - patice nebo slot konektor určený pro instalaci centrálního procesoru. Použití konektoru namísto přímého odpájení procesoru na základní desce usnadňuje výměnu procesoru při upgradu nebo opravě počítače. Konektor může být navržen pro instalaci skutečného procesoru nebo karty CPU (například v Pegasos). Každý slot umožňuje instalaci pouze určitého typu procesoru nebo CPU karty.

V konečné fázi výroby se hotové procesory podrobují závěrečným testům na shodu s hlavními charakteristikami - pokud je vše v pořádku, pak jsou procesory tříděny ve správném pořadí do speciálních zásobníků - v této podobě půjdou zpracovatelé k výrobcům nebo odejdou k prodeji OEM. Další várka půjde do prodeje v podobě BOX verzí - v krásné krabici spolu se skladovým chlazením.

Konec

Nyní si představte, že společnost oznámí například 20 nových procesorů. Všechny se od sebe liší – počtem jader, velikostí mezipaměti, podporovanými technologiemi... Každý model procesoru využívá určitý počet tranzistorů (počítáno v milionech a dokonce miliardách), svůj vlastní princip spojování prvků... A všechny to musí být navrženo a vytvořeno / zautomatizováno - šablony, čočky, litografie, stovky parametrů pro každý proces, testování ... A to vše by mělo fungovat nepřetržitě, v několika továrnách najednou ... Ve výsledku by se měla objevit zařízení které nemají prostor pro chybu v provozu ... A cena těchto technologických mistrovských děl by měla být v mezích slušnosti ... jsem si téměř jistý tím, že si stejně jako já nedovedete představit celý objem práce je hotovo, o kterém jsem se vám dnes pokusil vyprávět.

No a ještě něco překvapivého. Představte si, že jste před pěti minutami velký vědec - opatrně jste sundali tepelně rozvádějící kryt procesoru a obrovským mikroskopem jste viděli strukturu procesoru - všechna tato spojení, tranzistory... dokonce i něco načrtli na kus papíru, abych nezapomněl. Myslíte si, že je snadné studovat principy procesoru, mít pouze tato data a údaje o tom, jaké úkoly lze pomocí tohoto procesoru vyřešit? Zdá se mi, že přibližně stejný obrázek nyní vidí vědci, kteří se na podobné úrovni snaží studovat práci lidského mozku. Pouze pokud věříte stanfordským mikrobiologům, v jednom lidském mozku

Moderní mikroprocesory jsou nejrychlejší a nejchytřejší mikroobvody na světě. Mohou provádět až 4 miliardy operací za sekundu a jsou vyráběny pomocí mnoha různých technologií. Od počátku 90. let dvacátého století, kdy se procesory začaly masově používat, prošly několika fázemi vývoje. Za vrchol vývoje mikroprocesorových struktur s využitím stávajících technologií mikroprocesorů 6. generace je považován rok 2002, kdy bylo možné využít všech základních vlastností křemíku pro získání vysokých frekvencí s co nejmenšími ztrátami při výrobě a tvorbě logických obvodů. . Nyní účinnost nových procesorů i přes neustálé zvyšování frekvence provozu krystalů poněkud klesá, protože křemíkové technologie se blíží hranici svých možností.

Mikroprocesor je integrovaný obvod vytvořený na malém křemíkovém čipu. Křemík se používá v mikroobvodech díky tomu, že má polovodičové vlastnosti: jeho elektrická vodivost je větší než u dielektrik, ale menší než u kovů. Z křemíku lze vyrobit jak izolant, který brání pohybu elektrických nábojů, tak vodič - pak jím budou elektrické náboje volně procházet. Vodivost polovodiče může být řízena zaváděním nečistot.

Mikroprocesor obsahuje miliony tranzistorů, které jsou vzájemně propojeny nejtenčími hliníkovými nebo měděnými vodiči a slouží ke zpracování dat. Takto se tvoří vnitřní pneumatiky. Díky tomu mikroprocesor plní mnoho funkcí – od matematických a logických operací až po řízení chodu dalších mikroobvodů a celého počítače.

Jedním z hlavních parametrů procesoru je frekvence krystalu, která určuje počet operací za jednotku času, frekvenci systémová sběrnice, množství vnitřní mezipaměti SRAM. Procesor je označen frekvencí krystalu. Frekvence činnosti krystalu je dána rychlostí, kterou tranzistory přepínají z uzavřeného stavu do otevřeného stavu. Schopnost tranzistoru spínat rychleji je dána technologií výroby křemíkových waferů, ze kterých jsou čipy vyrobeny. Technologický postup určuje velikost tranzistoru (jeho tloušťku a délku hradla). Například při použití 90nm procesní technologie, která byla představena na začátku roku 2004, je velikost tranzistoru 90nm a délka brány je 50nm.

Všechny moderní procesory používají tranzistory s efektem pole. Přechod na nový technologický postup umožňuje vytvářet tranzistory s vyšší spínací frekvencí, nižšími svodovými proudy a menšími rozměry. Zmenšení umožňuje současně zmenšit plochu matrice, a tím i odvod tepla, a tenčí hradlo vám umožňuje použít menší napětí pro přepínání, což také snižuje spotřebu energie a odvod tepla.

Technologie a trh

Nyní je na trhu pozorován zajímavý trend: na jedné straně se výrobní podniky snaží do svých nových produktů co nejrychleji zavádět nové technické postupy a technologie, na druhé straně dochází k umělému omezení růstu procesorů. frekvence. Za prvé, marketéři mají pocit, že trh není plně připraven na další obměnu rodiny procesorů a firmy ještě nemají dostatečný zisk z prodeje CPU, která se právě vyrábí – zásoby ještě nevyschly. Převaha důležitosti ceny hotového výrobku nad všemi ostatními zájmy společností je zcela patrná. Za druhé, výrazný pokles míry „frekvenčního závodu“ je spojen s pochopením potřeby zavádět nové technologie, které skutečně zvyšují produktivitu s minimálními technologickými náklady. Jak již bylo uvedeno, výrobci čelili problémům při přechodu na nové technické procesy.

Technologická norma 90 nm se pro mnohé výrobce čipů ukázala jako poměrně vážná technologická bariéra. To potvrzuje i TSMC, která vyrábí čipy pro mnoho gigantů na trhu, jako jsou AMD, nVidia, ATI, VIA. Dlouhou dobu se jí nedařilo zavést výrobu čipů technologií 0,09 mikronu, což vedlo k nízké výtěžnosti vhodných krystalů. I proto AMD dlouhodobě odkládá vydání svých SOI (Silicon-on-Insulator) procesorů. Zpoždění jsou dána tím, že právě na tomto rozměru prvků se začaly silně projevovat všemožné dříve ne tak silně vnímatelné negativní faktory: svodové proudy, velký rozptyl parametrů a exponenciální nárůst uvolňování tepla. Pojďme na to přijít popořadě.

Jak víte, existují dva svodové proudy: hradlový svodový proud a podprahový únik. První je způsoben spontánním pohybem elektronů mezi křemíkovým substrátem kanálu a polysilikonovým hradlem. Druhým je samovolný pohyb elektronů ze zdroje tranzistoru do kolektoru. Oba tyto vlivy vedou k tomu, že pro řízení proudů v tranzistoru musíte zvýšit napájecí napětí a to negativně ovlivňuje odvod tepla. Zmenšením velikosti tranzistoru tedy nejprve zmenšíme jeho hradlo a vrstvu oxidu křemičitého (SiO2), která je přirozenou bariérou mezi hradlem a kanálem. Na jednu stranu se tím zlepší rychlost tranzistoru (doba sepnutí), ale na druhou stranu se zvýší svod. To znamená, že se ukazuje jakýsi začarovaný kruh. Přechod na 90 nm je tedy dalším snížením tloušťky vrstvy oxidu a zároveň zvýšením netěsností. Boj proti netěsnostem je opět zvýšením řídicích napětí, a tedy výrazným zvýšením tvorby tepla. To vše vedlo ke zpoždění zavedení nového technického postupu ze strany konkurentů na trhu mikroprocesorů – Intelu a AMD.

Jedním z alternativních řešení je použití technologie SOI (silicon on insulator), kterou AMD nedávno představilo ve svých 64bitových procesorech. Stálo ji to však mnoho úsilí a překonání velkého množství s tím spojených potíží. Ale samotná technologie poskytuje obrovské množství výhod s relativně malým počtem nevýhod. Podstata technologie je obecně zcela logická - tranzistor je oddělen od křemíkového substrátu další tenkou vrstvou izolátoru. Plusů je spousta. Žádný nekontrolovaný pohyb elektronů pod kanálem tranzistoru, který ovlivňuje jeho elektrické vlastnosti - tentokrát. Po přivedení odblokovacího proudu do hradla se zkrátí doba pro ionizaci kanálu do provozního stavu (do okamžiku, kdy jím proteče provozní proud), to znamená, že se zlepší druhý klíčový parametr výkonu tranzistoru, doba jeho zapnutí / vypnutí je dva. Nebo při stejné rychlosti můžete jednoduše snížit odblokovací proud - to jsou tři. Nebo najít nějaký kompromis mezi zvýšením rychlosti práce a snížením napětí. Při zachování stejného odemykacího proudu může být nárůst výkonu tranzistoru až 30 %, pokud necháte frekvenci stejnou se zaměřením na úsporu energie, pak může být plus velké – až 50 %. Konečně se vlastnosti kanálu stávají předvídatelnější a samotný tranzistor se stává odolnějším vůči sporadickým chybám, jako jsou chyby způsobené kosmickými částicemi, které padají do substrátu kanálu a nečekaně jej ionizují. Nyní, když se dostanou do substrátu umístěného pod vrstvou izolátoru, žádným způsobem neovlivňují činnost tranzistoru. Jedinou nevýhodou SOI je, že je nutné zmenšit hloubku oblasti emitoru/kolektoru, což přímo a přímo ovlivňuje nárůst jejího odporu při snižování tloušťky.

A konečně třetím důvodem, který přispěl ke zpomalení tempa růstu frekvencí, je nízká aktivita konkurentů na trhu. Dá se říci, že každý byl zaneprázdněn svými záležitostmi. AMD se zabývalo plošným zavedením 64bitových procesorů, pro Intel to bylo období zdokonalování nového technického procesu, ladění pro zvýšení výtěžnosti vhodných krystalů.

Začátek roku by nám měl přinést velké množství novinek z oblasti technologií, protože právě letos by měly obě společnosti přejít na technologické standardy 90 nm. To ale vůbec neznamená nový rapidní nárůst frekvencí procesoru, spíše naopak. Zpočátku dojde na trhu k útlumu: konkurenti začnou uvolňovat CPU pomocí nových technických postupů, ale se starými frekvencemi. Jakmile je výrobní proces zvládnut, začne určité zvýšení frekvence čipů. S největší pravděpodobností to nebude tak nápadné jako dříve. Do konce roku 2004, kdy se výrazně zvýší výtěžnost vhodných krystalů na 90nm procesní technologii, Intel očekává, že pokoří vrchol na 4 GHz nebo ještě více. Procesory AMD přijdou s určitým tradičním frekvenčním zpožděním, které obecně neovlivňuje výkon tolik jako funkce mikroarchitektury.

Potřeba přejít na nové technické procesy je tedy zřejmá, ale technologové to dostávají pokaždé s většími obtížemi. První mikroprocesory Pentium (1993) byly vyrobeny technologií procesu 0,8 µm, poté každý 0,6 µm. V roce 1995 byl poprvé u procesorů 6. generace použit technický proces 0,35 mikronu. V roce 1997 se změnil na 0,25 mikronů a v roce 1999 na 0,18 mikronů. Moderní procesory jsou vyráběny pomocí 0,13 a 0,09 mikronové technologie, která byla představena v roce 2004. Jak vidíte, pro tyto technické procesy se dodržuje Moorův zákon, který říká, že každé dva roky se frekvence krystalů zdvojnásobí s nárůstem počtu tranzistorů z nich. Technický proces se mění stejným tempem. Pravda, v budoucnu tento zákon předstihne „závod o frekvenci“. Do roku 2006 Intel plánuje zvládnout 65nm procesní technologii a v roce 2009 - 32nm.

Zde je čas připomenout strukturu tranzistoru, konkrétně tenkou vrstvu oxidu křemičitého, izolátor umístěný mezi bránou a kanálem a plnící zcela pochopitelnou funkci - bariéru pro elektrony, která zabraňuje úniku proudu hradla. Je zřejmé, že čím silnější je tato vrstva, tím lépe plní svou izolační funkci. Ale je nedílnou součástí kanálu a je neméně zřejmé, že pokud budeme zmenšovat délku kanálu (velikost tranzistoru), musíme snížit jeho tloušťku, a to velmi rychlým tempem. . Mimochodem, za posledních několik desetiletí je tloušťka této vrstvy v průměru asi 1/45 celé délky kanálu. Ale tento proces má svůj konec - jak Intel tvrdil před pěti lety, pokud bude SiO2 nadále používán, jako tomu bylo za posledních 30 let, minimální tloušťka vrstvy bude 2,3 nm, jinak se svodový proud hradlového proudu stane prostě nereálné.

Až do nedávné doby nebylo učiněno nic pro snížení úniků pod kanálem. Nyní se situace začíná měnit, protože provozní proud je spolu s dobou odezvy hradla jedním ze dvou hlavních parametrů charakterizujících rychlost tranzistoru a svod ve vypnutém stavu jej přímo ovlivňuje - aby byla zachována Vzhledem k požadované účinnosti tranzistoru je nutné zvýšit provozní proud se všemi z toho vyplývajícími podmínkami.

Výroba mikroprocesorů

Výroba mikroprocesoru je složitý proces, který zahrnuje více než 300 fází. Mikroprocesory vznikají na povrchu tenkých kruhových křemíkových waferů - substrátů, jako výsledek určité posloupnosti různých procesů zpracování za použití chemikálií, plynů a ultrafialového záření.

Substráty mají obvykle průměr 200 milimetrů nebo 8 palců. Intel však již přešel na 300mm, neboli 12“ wafery. Nové desky umožňují získat téměř 4x více krystalů a výtěžnost je mnohem vyšší. Plátky jsou vyrobeny z křemíku, který se rafinuje, taví a pěstuje do dlouhých válcových krystalů. Krystaly se pak řežou na tenké plátky a leští, dokud jejich povrchy nejsou zrcadlově hladké a bez defektů. Poté se postupně, cyklicky opakující, provádí tepelná oxidace (tvorba SiO2 filmu), fotolitografie, difúze nečistot (fosfor), epitaxe (růst vrstvy).

V procesu výroby mikroobvodů se na prázdné desky nanášejí nejtenčí vrstvy materiálů ve formě pečlivě vypočítaných vzorů. Jedna deska pojme až několik stovek mikroprocesorů, jejichž výroba vyžaduje více než 300 operací. Celý proces výroby procesorů lze rozdělit do několika fází: pěstování oxidu křemičitého a vytváření vodivých oblastí, testování, výroba pouzdra a expedice.

Pěstování oxidu křemičitého a vytváření vodivých oblastí. Proces výroby mikroprocesoru začíná „vypěstováním“ izolační vrstvy oxidu křemičitého na povrchu leštěné desky. Tato fáze se provádí v elektrické troubě při velmi vysoké teplotě. Tloušťka vrstvy oxidu závisí na teplotě a době, kterou plech stráví v peci.

Následuje fotolitografie – proces, při kterém se na povrchu desky vytvoří schematický výkres. Nejprve se na desku nanese dočasná vrstva fotocitlivého materiálu - fotorezistu, na který se pomocí ultrafialového záření promítne obraz průhledných ploch šablony, případně fotomasky. Masky se vyrábějí během návrhu procesoru a používají se ke generování vzorů obvodů v každé vrstvě procesoru. Vlivem záření se osvětlené oblasti fotovrstvy stanou rozpustnými a odstraní se pomocí rozpouštědla (kyseliny fluorovodíkové), čímž se odhalí oxid křemičitý pod nimi.

Odkrytý oxid křemičitý se odstraní procesem zvaným leptání. Poté se odstraní zbývající fotovrstva, v důsledku čehož na polovodičovém plátku zůstane vzor oxidu křemičitého. Pomocí řady doplňkových operací fotolitografie a leptání se na wafer nanáší i polykrystalický křemík s vlastnostmi vodiče. Při další operaci, zvané „doping“, jsou exponovaná místa křemíkového plátku bombardována ionty různých chemických prvků, které tvoří v křemíku záporné a kladné náboje, které mění elektrickou vodivost těchto oblastí.

Nanášení nových vrstev s následným leptáním obvodu se provádí několikrát, přičemž pro mezivrstvové spoje jsou ve vrstvách ponechána "okna", která jsou vyplněna kovem, tvořící elektrické spojení mezi vrstvami. Intel použil ve svém výrobním procesu 0,13 mikronu měděné vodiče. Intel použil hliník ve svých procesech 0,18 mikronu a předchozí generace. Jak měď, tak hliník jsou vynikajícími vodiči elektřiny. Při použití technického procesu 0,18 mikronů bylo použito 6 vrstev, při zavedení technického procesu 90 nm v roce 2004 bylo použito 7 vrstev křemíku.

Každá vrstva procesoru má svůj vlastní vzor, ​​dohromady všechny tyto vrstvy tvoří trojrozměrný elektronický obvod. Nanášení vrstev se opakuje 20 - 25x během několika týdnů.

Testování. Aby vydržely namáhání, kterému jsou substráty vystaveny během procesu nanášení, musí být křemíkové plátky zpočátku dostatečně silné. Před rozřezáním desky na samostatné mikroprocesory se proto speciálními procesy zmenší její tloušťka o 33 % a odstraní se znečištění ze zadní strany. Poté se na rubovou stranu „tenčí“ destičky nanese vrstva speciálního materiálu, který zlepšuje následné upevnění krystalu k pouzdru. Tato vrstva navíc zajišťuje elektrický kontakt mezi zadní plochou integrovaného obvodu a pouzdrem po sestavení.

Poté jsou desky testovány, aby se zkontrolovala kvalita všech obráběcích operací. Aby se zjistilo, zda procesory fungují správně, testují se jednotlivé součásti. Pokud jsou zjištěny závady, data se analyzují, aby se zjistilo, v jaké fázi zpracování k chybě došlo.

Ke každému procesoru jsou pak připojeny elektrické sondy a napájeny. Procesory jsou testovány počítačem, aby se zjistilo, zda vyrobené procesory splňují stanovené specifikace.

Výroba pouzdra. Po testování jsou destičky odeslány do montážní dílny, kde jsou rozřezány na malé obdélníky, z nichž každý obsahuje integrovaný obvod. K oddělení desky se používá speciální přesná pila. Nefunkční krystaly se vyhodí.

Poté se každý krystal umístí do samostatného pouzdra. Pouzdro chrání krystal před vnějšími vlivy a zajišťuje jeho elektrické propojení s deskou, na kterou bude následně instalován. Drobné kuličky pájky, umístěné ve specifických bodech na krystalu, jsou připájeny k elektrickým vodičům obalu. Nyní mohou elektrické signály přecházet z desky na čip a naopak.

V budoucích procesorech bude Intel využívat technologii BBUL, která umožní vytvářet zásadně nová pouzdra s nižším odvodem tepla a kapacitou mezi nohami CPU.

Po instalaci matrice do balení se procesor znovu otestuje, zda je funkční. Vadné procesory jsou vyřazeny a provozuschopné procesory jsou podrobeny zátěžovým testům: vystavení různým teplotním a vlhkostním podmínkám a také elektrostatickým výbojům. Po každém zátěžovém testu je procesor testován, aby se zjistil jeho funkční stav. Procesory se pak třídí na základě jejich chování při různých taktech a napájecích napětích.

Dodávka. Procesory, které prošly testy, jdou do výstupní kontroly, jejímž úkolem je potvrdit, že výsledky všech předchozích testů byly správné a parametry integrovaného obvodu splňují stanovené normy nebo je dokonce překračují. Všichni zpracovatelé, kteří projdou výstupní kontrolou, jsou označeni a zabaleni pro odeslání zákazníkům.

Budoucí mikroprocesorové technologie

Je známo, že stávající tranzistory CMOS mají mnohá omezení a nedovolí tak bezbolestně zvyšovat frekvence procesoru v blízké budoucnosti. Na konci roku 2003 na konferenci v Tokiu učinili specialisté Intelu velmi důležité prohlášení o vývoji nových materiálů pro polovodičové tranzistory budoucnosti. V první řadě hovoříme o novém tranzistorovém hradlovém dielektriku s vysokou dielektrickou konstantou (tzv. materiál „high-k“), kterým bude nahrazen dnes používaný oxid křemičitý (SiO2), a také nové kovové slitiny kompatibilní s novým hradlovým dielektrikem ... Řešení navržené výzkumníky snižuje svodový proud 100krát, což umožňuje přiblížit se realizaci výrobního procesu s konstrukčním standardem 45 nanometrů. Odborníci na něj pohlížejí jako na malou revoluci ve světě mikroelektronických technologií.

Abychom pochopili, o co jde, podívejme se nejprve na konvenční MOSFET, na jehož základě se vyrábí nejsložitější CPU.

V něm je vodivé polysilikonové hradlo odděleno od kanálu tranzistoru nejtenčí (pouze 1,2 nm nebo 5 atomů tlustou) vrstvou oxidu křemičitého (materiál, který se po desetiletí používá jako hradlové dielektrikum).

Takto malá tloušťka dielektrika je nutná pro získání nejen malých rozměrů tranzistoru jako celku, ale také pro jeho nejvyšší výkon (nabité částice se rychleji pohybují bránou, v důsledku čehož může takový VT spínat až 10 miliardkrát za sekundu). Zjednodušeně - čím blíže je hradlo ke kanálu tranzistoru (tj. čím tenčí je dielektrikum), tím "větší vliv" z hlediska rychlosti bude mít na elektrony a otvory v kanálu tranzistoru.

Význam objevu vědců Intelu proto nelze podceňovat. Po pěti letech výzkumu ve svých laboratořích společnost vyvinula speciální materiál, který nahrazuje tradiční oxid křemičitý v obvyklém způsobu výroby čipů. Požadavky na takový materiál jsou velmi vážné: vysoká chemická a mechanická (na atomové úrovni) kompatibilita s křemíkem, snadná výroba v jediném cyklu tradiční technologie výroby křemíku, ale hlavní věcí je nízký únik a vysoká dielektrická konstanta.

Pokud bojujeme s netěsnostmi, pak je třeba tloušťku dielektrika zvětšit alespoň na 2-3 nm (viz obrázek výše). Pro zachování stejné strmosti tranzistoru (závislost proudu na napětí) je nutné úměrně zvýšit dielektrickou konstantu dielektrického materiálu. Pokud je propustnost objemového oxidu křemičitého rovna 4 (nebo o něco méně v ultratenkých vrstvách), pak lze za rozumnou hodnotu dielektrické konstanty nového dielektrika „Intel“ považovat hodnotu v oblasti 10-12. Navzdory tomu, že existuje mnoho materiálů s takovou dielektrickou konstantou (kondenzátorová keramika nebo křemíkové monokrystaly), faktory technologické kompatibility materiálů jsou zde neméně důležité. Proto byl pro nový high-k-materiál vyvinut vysoce přesný depoziční proces, při kterém se v jednom cyklu vytvoří jedna molekulární vrstva tohoto materiálu.

Na základě tohoto obrázku můžeme předpokládat, že novým materiálem je také oxid. Navíc monoxid, což znamená použití materiálů převážně druhé skupiny, například hořčík, zinek nebo i měď.

Ale záležitost nebyla omezena na dielektrikum. Také bylo nutné změnit materiál samotné závěrky – obvyklý polykrystalický křemík. Faktem je, že nahrazení oxidu křemičitého vysoce k-dielektrikem vede k problémům s interakcí s polykrystalickým křemíkem (pásmová mezera tranzistoru určuje minimální možná napětí pro něj). Tyto problémy lze eliminovat použitím speciálních kovů pro hradla obou typů tranzistorů (n-MOS i p-MOS) v kombinaci se speciálním technologickým postupem. Tato kombinace materiálů dosahuje rekordního výkonu tranzistoru a jedinečně nízkých svodových proudů, 100krát nižších než současné materiály (viz graf). V tomto případě již není pokušení používat pro boj s netěsnostmi mnohem dražší technologii SOI (silicon on insulator), jak to dělají někteří velcí výrobci mikroprocesorů.

Zaznamenáváme také další technologickou novinku od Intelu – technologii napjatého křemíku, která je poprvé použita v 90nm procesorech Prescott a Dothan. Nakonec Intel podrobně popsal, jak se v jeho strukturách CMOS vytvářejí napjaté křemíkové vrstvy. CMOS buňka se skládá ze dvou tranzistorů - n-MOS a p-MOS (viz obrázek).

V prvním (n-MOS) kanálu tranzistoru (n-kanál) vede proud pomocí elektronů (záporně nabité částice) a ve druhém (p-MOS) - pomocí děr (podmíněně kladně nabité částice). Mechanismy tvorby namáhaného křemíku jsou tedy v těchto dvou případech odlišné. U tranzistoru n-MOS je použit vnější povlak vrstvou nitridu křemíku (Si3N4), který vlivem mechanického namáhání mírně (o zlomek procenta) natahuje (ve směru toku proudu) krystal křemíku mřížka pod bránou, v důsledku čehož se provozní proud kanálu zvýší o 10% (relativně řečeno, stává se prostornějším pro pohyb elektronů ve směru kanálu). U p-MOS tranzistorů je tomu naopak: jako podkladový materiál (přesněji pouze oblasti kolektoru a zdroje) je použita sloučenina křemíku a germania (SiGe), která mírně stlačuje mřížku křemíkového krystalu pod hradlem ve směru kanálu. Proto je „snazší“ pro otvory „pohybovat“ přes atomy akceptorových nečistot a provozní proud kanálu se zvýší o 25 %. Kombinace obou technologií poskytuje 20-30% zesílení proudu. Použití technologie „strained silicon“ v obou typech zařízení (n-MOS i p-MOS) tedy vede k výraznému zvýšení výkonu tranzistorů při současném zvýšení jejich výrobních nákladů pouze o ~ 2 % a umožňuje vytvářet další miniaturní tranzistory příštích generací. Intel plánuje použití namáhaného křemíku pro všechny budoucí technické procesy až do 22nm.

Výroba procesoru

Hlavním chemickým prvkem používaným při výrobě procesorů je křemík, po kyslíku nejrozšířenější prvek na Zemi. Je základní složkou pobřežního písku (oxid křemičitý); v této formě však není vhodný pro výrobu mikroobvodů. Chcete-li použít křemík jako materiál pro výrobu mi

příčných obvodů je zapotřebí zdlouhavý technologický proces, který začíná výrobou čistých krystalů křemíku Czochralského metodou. Podle této technologie se suroviny, které se používají především jako křemenná hornina, přeměňují v elektrických obloukových pecích na metalurgický křemík. Poté se pro odstranění nečistot výsledný křemík roztaví, destiluje a krystalizuje ve formě polovodičových ingotů s velmi vysokým stupněm čistoty (99,999999 %). Po mechanickém rozřezání ingotů jsou výsledné předvalky naloženy do křemenných kelímků a umístěny do elektrických sušicích pecí pro tažení krystalů, kde se taví při teplotách přesahujících 2500 °F. Aby se zabránilo tvorbě nečistot, instalují se sušící pece obvykle na silný betonový základ. Betonový základ je zase namontován na tlumičích, které mohou výrazně snížit vibrace, které mohou negativně ovlivnit tvorbu krystalů. Jakmile se obrobek začne tavit, je do roztaveného křemíku umístěn malý, pomalu rotující zárodečný krystal. Jak se zárodečný krystal vzdaluje od povrchu taveniny, následují ho křemíková vlákna, která po ztuhnutí vytvoří krystalickou strukturu. Změnou rychlosti pohybu zárodečného krystalu (10-40 mm za hodinu) a teploty (asi 2500 ° Fahrenheita) získáme krystal křemíku s malým počátečním průměrem, který se pak pěstuje do požadované velikosti. V závislosti na velikosti vyrobených mikroobvodů dosahuje vyrostlý krystal 8-12 palců (20-30 mm) v průměru a 5 stop (asi 1,5 m) na délku.

Hmotnost vyrostlého krystalu dosahuje několika set liber. Obrobek se vkládá do válce o průměru 200 mm (současný standard), často s plochým řezem na jedné straně pro polohování a přesnost obrábění. Poté se každý obrobek rozřeže diamantovou pilou na více než tisíc kruhových substrátů o tloušťce menší než jeden milimetr (obrázek 2). Poté se podklad leští, dokud není jeho povrch zrcadlově hladký. Výroba mikroobvodů využívá proces zvaný fotolitografie. Technologie tohoto procesu je následující: na polovodič, který slouží jako základ čipu, jsou naneseny vrstvy různých materiálů; tak vznikají tranzistory, elektronické obvody a vodiče (dráhy), po kterých se signály šíří. V průsečíkech konkrétních obvodů můžete vytvořit tranzistor nebo spínač (ventil). Fotolitografický proces začíná potažením substrátu polovodičovou vrstvou se speciálními přísadami, poté je tato vrstva pokryta fotorezistním chemickým složením a poté je obraz mikroobvodu promítnut na nyní světlocitlivý povrch. V důsledku přidání donorových nečistot do křemíku (což je přirozeně dielektrikum) se získá polovodič. Projektor používá speciální fotomasku (masku), která je ve skutečnosti mapou této konkrétní vrstvy mikroobvodu. (Čip Pentium III obsahuje pět vrstev; jiné moderní procesory mohou mít šest nebo více vrstev. Při vývoji nového procesoru budete muset navrhnout fotomasku pro každou vrstvu čipu.) Při průchodu první fotomaskou se světlo zaměřuje na povrch substrátu, zanechávající otisk této vrstvy. Poté speciální zařízení poněkud posune substrát a stejná fotomaska ​​(maska) se použije k tisku dalšího mikroobvodu. Po natištění mikroobvodů na celý substrát žíravá alkálie smyje oblasti, kde světlo působilo na fotorezist a zanechá otisky fotomasky (masky) konkrétní vrstvy mikroobvodu a mezivrstvových spojů (spojení mezi vrstvami), stejně jako signálové cesty. Poté se na podložku nanese další vrstva polovodiče a na ni opět trocha fotorezistové látky, poté se další fotomaska ​​(maska) použije k vytvoření další vrstvy mikroobvodu. Tímto způsobem se vrstvy nanášejí jedna na druhou, dokud není mikroobvod kompletně vyroben.

Finální masku přidává tzv. metalizační vrstva sloužící k připojení všech tranzistorů a dalších součástek. Většina mikroobvodů používá pro tuto vrstvu hliník, ale v poslední době se používá měď. Měď se například používá při výrobě procesorů AMD v továrně v Drážďanech. To je způsobeno lepší vodivostí mědi ve srovnání s hliníkem. Pro všudypřítomné využití mědi je však nutné vyřešit problém její koroze.

Po dokončení zpracování kruhového substrátu se na něj fotometodou vytiskne maximální možný počet mikroobvodů. Mikroobvod je obvykle ve tvaru čtverce nebo obdélníku, podél okrajů substrátu jsou některé "volné" oblasti, i když se výrobci snaží využít každý čtvereční milimetr povrchu. Průmysl prochází dalším přechodným obdobím ve výrobě mikroobvodů. V poslední době se projevuje tendence ke zvětšování průměru substrátu a zmenšování celkových rozměrů krystalu, což se projevuje zmenšováním rozměrů jednotlivých obvodů a tranzistorů a vzdálenosti mezi nimi. Koncem roku 2001 a začátkem roku 2002 došlo k přechodu z technologie 0,18 na 0,13 mikronu, kdy byly hliníkové interkrystaly nahrazeny mědí, a průměr substrátu se zvýšil z 200 mm (8 palců) na 300 mm (12 palců). Zvětšením průměru substrátu na 300 mm se zdvojnásobí počet vyrobených mikroobvodů. Použití 0,13mikronové technologie umožňuje umístit na čip více tranzistorů při zachování jeho přijatelných rozměrů a uspokojivého procenta výtěžnosti produktu. To znamená, že trend ke zvýšení množství vyrovnávací paměti zabudované v matrici procesoru pokračuje. Jako příklad toho, jak to může ovlivnit parametry konkrétního mikroobvodu, zvažte procesor Pentium 4.

Průměr standardního substrátu používaného v polovodičovém průmyslu po mnoho let je 200 mm nebo přibližně 8 palců (obr. Plocha substrátu tak dosahuje 31 416 mm2. První verze procesoru Pentium 4 vyrobená na 200mm substrátu obsahovala 0,18mikronové jádro Willamette s hliníkovými kolíky umístěnými na matrici o ploše cca 217mm2. Procesor obsahoval 42 milionů tranzistorů. 200 mm (8palcový) substrát mohl pojmout až 145 těchto mikroobvodů. 0,13mikronové procesory Northwood Pentium 4 obsahují měděné obvody na matrici 131 mm2. Tento procesor již obsahuje 55 milionů tranzistorů. Ve srovnání s verzí Willamette má jádro Northwood dvojnásobné množství onboard L2 cache (512 KB), což vysvětluje vyšší počet obsažených tranzistorů. Použití 0,13mikronové technologie umožňuje zmenšit velikost matrice asi o 60 %, což umožňuje umístit až 240 mikroobvodů na stejný 200mm (8palcový) substrát. Jak si vzpomínáte, na tento substrát se vešlo pouze 145 krystalů Willamette. Začátkem roku 2002 začal Intel vyrábět čipy Northwood na větším 300mm substrátu s plochou 70 686 mm2. Plocha tohoto substrátu je 2,25 krát větší než plocha 200 mm substrátu, což umožňuje prakticky zdvojnásobit počet na něm umístěných mikroobvodů. Pokud mluvíme o procesoru Pentium 4 Northwood, pak lze na 300 mm substrát umístit až 540 mikroobvodů. Použití moderní 0,13mikronové technologie v kombinaci s větším substrátem umožnilo více než 3,7násobek výroby procesorů Pentium 4. To je do značné míry způsobeno tím, že moderní mikroobvody jsou často levnější než u předchozích verzí. V roce 2003 přešel polovodičový průmysl na technologii 0,09 mikronu. Když bude zavedena nová výrobní linka, ne všechny čipy na substrátu budou použitelné. Ale jak se technologie výroby tohoto mikroobvodu zdokonaluje, zvýší se i procento dobrých (pracovních) mikroobvodů, které se nazývá výtěžek dobrých. Na začátku uvádění nových produktů může být výtěžnost pod 50 %, ale v době, kdy se ukončuje uvolňování tohoto typu produktů, je to již 90 %. Většina výrobců čipů se skrývá reálná čísla výnosy dobrých, protože znalost skutečného vztahu vhodného k defektnímu může být v rukou jejich konkurentů. Pokud má společnost konkrétní údaje o tom, jak rychle se zvyšuje výtěžnost dobrých produktů od konkurence, může upravit ceny čipů nebo naplánovat výrobu tak, aby v kritické době zvýšila svůj podíl na trhu. Například v letech 1997 a 1998 měla AMD nízké výnosy a ztratila významný podíl na trhu. Přestože se AMD snažilo tento problém vyřešit, musela ještě podepsat dohodu, podle které měla IBM Microelectronics vyrábět a dodávat AMD některé své vlastní mikroprocesory. Po dokončení zpracování substrátu speciální zařízení zkontroluje každý mikroobvod na něm a označí ty vadné, které budou později zamítnuty. Mikroobvody jsou následně vyříznuty z podkladu pomocí vysoce výkonné laserové nebo diamantové pily. Když jsou krystaly vyříznuty ze substrátů, každý mikroobvod je testován samostatně, zabalen a znovu testován. Proces balení se nazývá lepení: poté, co je krystal umístěn do pouzdra, speciální stroj spojí vodiče krystalu s kolíky (nebo kontakty) na pouzdru mikroobvodu pomocí malých zlatých drátů. Poté je mikroobvod zabalen do speciálního sáčku - kontejneru, který jej v podstatě chrání před nepříznivými vlivy vnějšího prostředí. Poté, co jsou kolíky krystalu spojeny s kolíky na těle mikroobvodu a mikroobvod je zabalen, je proveden závěrečný test ke stanovení správné funkce a jmenovité rychlosti. Různé mikroobvody stejné řady mají často různé rychlosti. Speciální testovací zařízení nutí každý mikroobvod pracovat v různých podmínkách (při různých tlacích, teplotách a hodinových frekvencích), přičemž určují hodnoty parametrů, při kterých se správná funkce mikroobvodu zastaví. Paralelně se určí maximální rychlost; poté jsou mikroobvody seřazeny podle rychlosti a rozděleny mezi přijímače: mikroobvody s podobnými parametry spadají do stejného přijímače. Například mikroobvody Pentium 4 2.0A, 2.2, 2.26, 2.24 a 2.53 GHz jsou stejný mikroobvod, tj. všechny byly vytištěny ze stejné fotomasky, navíc jsou vyrobeny ze stejného obrobku, ale na konci výroby cyklu byly seřazeny podle rychlosti.

Kořeny našeho digitálního životního stylu zcela jistě pocházejí z polovodičů, které umožnily vytvoření složitých výpočetních čipů na bázi tranzistorů. Ukládají a zpracovávají data, což je základ moderních mikroprocesorů. Polovodiče, které se dnes vyrábí z písku, jsou klíčovou součástí téměř jakéhokoli elektronického zařízení, od počítačů přes notebooky až po mobilní telefony. Ani auta už nejsou bez polovodičů a elektroniky, protože polovodiče ovládají klimatizaci, vstřikování paliva, zapalování, střešní okno, zrcátka a dokonce i řízení (BMW Active Steering). Dnes je téměř každé zařízení, které spotřebovává energii, založeno na polovodičích.

Mikroprocesory bezesporu patří mezi nejsofistikovanější polovodičové produkty, protože tranzistory brzy dosáhnou miliardy a spektrum funkčnosti je dnes oslnivé. Brzy budou dvoujádrové procesory Core 2 založené na téměř hotové 45nm procesní technologii Intel a již budou obsahovat 410 milionů tranzistorů (ačkoli většina z nich bude použita pro 6MB L2 cache). 45nm proces je pojmenován podle velikosti jednoho tranzistoru, která je nyní asi 1000krát větší než průměr lidského vlasu. Do jisté míry to je důvod, proč elektronika začíná ovládat vše v našem životě: i když byla velikost tranzistoru větší, bylo velmi levné vyrábět nepříliš složité mikroobvody, rozpočet tranzistorů byl velmi velký.

V tomto článku probereme základy výroby mikroprocesorů, ale dotkneme se také historie procesorů, architektury a podíváme se na různé produkty na trhu. Na internetu je spousta zajímavých informací, některé z nich jsou uvedeny níže.

• Wikipedie: Mikroprocesor... Tento článek pokrývá odlišné typy procesory a poskytuje odkazy na výrobce a další stránky Wiki o procesorech.
• Wikipedia: Mikroprocesory (kategorie)... Další odkazy a informace naleznete v části o mikroprocesorech.

PC konkurenti: AMD a Intel

Společnost Advanced Micro Devices Inc., založená v roce 1969, má sídlo v Sunnyvale v Kalifornii, zatímco srdce společnosti Intel, která vznikla jen o rok dříve, se nachází o několik kilometrů dále v Santa Clara. AMD má dnes dvě továrny: v Austinu (Texas, USA) a v Drážďanech (Německo). Brzy bude v provozu nový závod. AMD navíc spolupracuje s IBM na vývoji technologie a výroby procesorů. To vše je samozřejmě jen zlomek velikosti Intelu, protože tento lídr trhu má nyní téměř 20 továren v devíti lokalitách. Zhruba polovina z nich se používá pro výrobu mikroprocesorů. Takže až budete srovnávat AMD a Intel, pamatujte, že srovnáváte Davida a Goliáše.

Intel má nepopiratelnou výhodu v podobě obrovských výrobních kapacit. Ano, společnost je dnes lídrem v zavádění pokročilých technologických postupů. Intel je v tomto ohledu zhruba rok před AMD. Díky tomu může Intel ve svých procesorech používat více tranzistorů a více mezipaměti. AMD na rozdíl od Intelu musí co nejefektivněji optimalizovat technický proces, aby drželo krok s konkurencí a vydávalo slušné procesory. Design procesorů a jejich architektura se samozřejmě velmi liší, ale technický výrobní proces je postaven na stejných základních principech. I když je v něm samozřejmě mnoho rozdílů.

Výroba mikroprocesorů

Výroba mikroprocesoru zahrnuje dva důležité kroky. První je výroba substrátu, kterou AMD a Intel provádějí ve svých továrnách. To zahrnuje předávání vodivých vlastností substrátu. Druhou fází je test substrátů, montáž a balení procesoru. Poslední operace se obvykle provádí za méně drahé země... Když se podíváte na procesory Intel, zjistíte, že balení bylo provedeno v Kostarice, Malajsii, na Filipínách atd.

AMD a Intel se dnes snaží vyrábět produkty pro maximální počet segmentů trhu a na co nejmenším sortimentu krystalů. Dokonalým příkladem je řada procesorů Intel Core 2 Duo. Existují tři procesory s kódovými názvy pro různé trhy: Merom pro mobilní aplikace, Conroe pro stolní verzi, Woodcrest pro serverovou verzi. Všechny tři procesory jsou postaveny na stejné technologické základně, což výrobci umožňuje rozhodovat se v posledních fázích výroby. Funkce lze povolit nebo zakázat a aktuální takt poskytuje společnosti Intel vynikající výtěžnost čipu. Pokud se poptávka na trhu po mobilních procesorech zvýší, Intel se může zaměřit na vydání modelů Socket 479. Pokud se zvýší poptávka po modelech pro stolní počítače, společnost bude testovat, ověřovat a balit krystaly pro Socket 775, zatímco serverové procesory jsou baleny pro Socket. 771. Vznikají tedy i čtyřjádrové procesory: v jednom balení jsou osazeny dva dvoujádrové krystaly, takže získáme čtyři jádra.

Jak se vyrábí čipy

Výroba čipů zahrnuje nanášení tenkých vrstev se složitým „vzorem“ na křemíkové substráty. Nejprve se vytvoří izolační vrstva, která funguje jako elektrická clona. Poté se navrch nanese fotorezistní materiál a nechtěné oblasti se odstraní pomocí masek a ozáření o vysoké intenzitě. Když jsou ozářená místa odstraněna, jsou pod nimi obnaženy skvrny oxidu křemičitého, který je odstraněn leptáním. Poté se odstraní i materiál fotorezistu a na křemíkovém povrchu získáme určitou strukturu. Poté se provádějí další fotolitografické procesy s různými materiály, dokud se nezíská požadovaná trojrozměrná struktura. Každá vrstva může být dotována určitou látkou nebo ionty, čímž se mění elektrické vlastnosti. Okna jsou vytvořena v každé vrstvě, aby bylo možné zavést kovové spoje.

Pokud jde o výrobu substrátů, musí být nařezány na tenké „placky“ z pevného monokrystalového válce, aby se později daly snadno řezat na samostatné krystaly procesoru. V každé fázi výroby se provádí komplexní testování k posouzení kvality. K testování každého krystalu na substrátu se používají elektrické sondy. Nakonec se substrát nařeže na jednotlivá jádra, nepracující jádra se okamžitě odstraní. V závislosti na vlastnostech se jádro stává konkrétním procesorem a je zabaleno do obalu, který usnadňuje instalaci procesoru na základní desku. Všechny funkční bloky procházejí intenzivními zátěžovými testy.

Vše začíná u substrátů

První krok při výrobě procesorů se provádí v čisté místnosti. Mimochodem, je důležité si uvědomit, že taková technologická výroba je akumulací obrovského kapitálu na metr čtvereční. Výstavba moderního závodu s veškerým vybavením může snadno stát 2–3 miliardy dolarů a zkušební provozy nových technologií trvají několik měsíců. Teprve poté může závod sériově vyrábět procesory.

Obecně se proces výroby čipu skládá z několika kroků zpracování substrátu. To zahrnuje vytváření samotných substrátů, které budou nakonec rozřezány na jednotlivé krystaly.

Vše začíná pěstováním monokrystalu, pro který je zárodečný krystal zapuštěn do lázně roztaveného křemíku, která je těsně nad bodem tání polykrystalického křemíku. Je důležité, aby krystaly rostly pomalu (asi jeden den), aby bylo zajištěno, že atomy jsou ve správném uspořádání. Polykrystalický nebo amorfní křemík se skládá z mnoha různých krystalů, které budou mít za následek nežádoucí povrchové struktury se špatnými elektrickými vlastnostmi. Jakmile je křemík roztaven, může být dopován jinými látkami, které mění jeho elektrické vlastnosti. Celý proces probíhá v utěsněné místnosti se speciálním složením vzduchu, aby křemík neoxidoval.

Monokrystal se řeže na „placky“ pomocí diamantové děrovky, která je velmi přesná a nevytváří velké nerovnosti na povrchu substrátů. Samozřejmě v tomto případě není povrch substrátů stále dokonale rovný, takže jsou nutné další operace.

Nejprve se pomocí rotujících ocelových desek a abrazivního materiálu (jako je oxid hlinitý) odstraní ze substrátů silná vrstva (proces zvaný lapování). V důsledku toho jsou eliminovány nepravidelnosti o velikosti od 0,05 mm do přibližně 0,002 mm (2000 nm). Poté zaoblete okraje každé podložky, protože ostré hrany mohou odlupovat vrstvy. Dále se využívá proces leptání, kdy se pomocí různých chemikálií (kyselina fluorovodíková, kyselina octová, kyselina dusičná) vyhladí povrch o cca 50 mikronů více. Fyzicky se povrch nezhoršuje, protože celý proces je zcela chemický. Umožňuje odstranit zbývající chyby v krystalové struktuře, v důsledku čehož se povrch bude blížit ideálu.

Posledním krokem je leštění, které vyhladí povrch do nerovností, maximálně 3 nm. Leštění se provádí pomocí směsi hydroxidu sodného a granulovaného oxidu křemičitého.

Dnes mají mikroprocesorové substráty průměr buď 200 mm nebo 300 mm, což umožňuje výrobcům čipů získat z každého více procesorů. Dalším krokem budou 450mm substráty, ale ty by se měly očekávat až v roce 2013. Obecně platí, že čím větší je průměr substrátu, tím více třísek stejné velikosti lze vyrobit. Například 300mm substrát má více než dvojnásobný počet procesorů než 200mm.

Již jsme zmínili doping, ke kterému dochází při růstu monokrystalu. Ale dopování se provádí jak s hotovým substrátem, tak později během fotolitografických procesů. To vám umožní změnit elektrické vlastnosti určitých oblastí a vrstev, nikoli celou strukturu krystalu.

Dopant může být přidán difúzí. Atomy dopantů vyplňují volný prostor uvnitř krystalové mřížky mezi křemíkovými strukturami. V některých případech lze legovat i stávající strukturu. Difúze se provádí pomocí plynů (dusík a argon) nebo pomocí pevných látek nebo jiných zdrojů dopantu.

Dalším přístupem k dopingu je implantace iontů, která je velmi užitečná při změně vlastností substrátu, který byl dopován, protože k implantaci iontů dochází při běžných teplotách. Stávající nečistoty proto nedifundují. Na matnici můžete nanést masku, která vám umožní zpracovat pouze určité oblasti. O implantaci iontů lze samozřejmě hovořit dlouho a diskutovat o hloubce průniku, aktivaci aditiva při vysokých teplotách, kanálových efektech, průniku do hladin oxidů atd., ale to je nad rámec našeho článku. Postup lze během výroby několikrát opakovat.

K vytvoření oblastí integrovaného obvodu se používá proces fotolitografie. Protože v tomto případě není nutné ozařovat celý povrch substrátu, je důležité používat tzv. masky, které propouštějí záření o vysoké intenzitě pouze do určitých oblastí. Masky lze přirovnat k černobílému negativu. Integrované obvody mají mnoho vrstev (20 a více) a každá vrstva vyžaduje svou vlastní masku.

Na povrch desky z křemenného skla je aplikována tenká struktura chromového filmu, aby se vytvořil vzor. Drahé přístroje využívající tok elektronů nebo laser přitom předepisují potřebná data integrovaného obvodu, v důsledku čehož získáme šablonu z chrómu na povrchu křemenného substrátu. Je důležité pochopit, že každá úprava integrovaného obvodu vede k nutnosti výroby nových masek, takže celý proces provádění úprav je velmi nákladný. U velmi složitých schémat se masky vytvářejí dlouho.

Struktura se vytváří na křemíkovém substrátu pomocí fotolitografie. Proces se několikrát opakuje, dokud nevznikne mnoho vrstev (více než 20). Vrstvy se mohou skládat z různých materiálů, navíc je třeba myslet i na spoje mikroskopickými drátky. Všechny vrstvy lze legovat.

Před zahájením procesu fotolitografie se substrát vyčistí a zahřeje, aby se odstranily lepkavé částice a voda. Poté se substrát potáhne pomocí speciálního zařízení oxidem křemičitým. Potom se na substrát nanese pojivo, aby se zajistilo, že materiál fotorezistu, který má být aplikován v dalším kroku, zůstane na substrátu. Fotorezistní materiál je nanesen na střed substrátu, který se následně začne otáčet vysokou rychlostí tak, aby se vrstva rovnoměrně rozprostřela po celém povrchu substrátu. Substrát se poté znovu zahřeje.

Poté je přes masku kryt ozařován kvantovým laserem, tvrdým ultrafialovým zářením, rentgenovými paprsky, paprsky elektronů nebo iontů – všechny tyto zdroje světla či energie lze využít. Elektronové paprsky se používají především k vytváření masek, rentgenových a iontových paprsků pro výzkumné účely a průmyslové výrobě dnes dominuje tvrdé UV záření a plynové lasery.

Tvrdé UV záření o vlnové délce 13,5 nm ozařuje materiál fotorezistu při průchodu maskou.

Čas projekce a zaostření jsou velmi důležité pro dosažení požadovaného výsledku. Špatné zaostření zanechá další částice materiálu fotorezistu, protože některé otvory v masce nebudou správně ozářeny. Totéž se stane, pokud je doba projekce příliš krátká. Pak bude struktura materiálu fotorezistu příliš široká, oblasti pod otvory budou podexponované. Na druhou stranu nadměrné projekční časy vytvářejí příliš velké plochy pod otvory a příliš úzkou strukturu materiálu fotorezistu. Zpravidla je velmi zdlouhavé a náročné na regulaci a optimalizaci procesu. Neúspěšné seřízení povede k vážným odchylkám v připojovacích vodičích.

Speciální krokové projekční zařízení posune substrát do požadované polohy. Poté lze promítnout úsečku nebo jeden úsek, nejčastěji odpovídající jednomu krystalu procesoru. Další mikroinstalace mohou přinést další změny. Mohou ladit stávající technologii a optimalizovat pracovní postup. Mikroinstalace obvykle fungují na plochách menších než 1 m2. mm, zatímco běžné instalace pokrývají větší plochy.

Substrát pak postoupí do nové fáze, kde se odstraní oslabený fotorezistní materiál, což umožní přístup k oxidu křemičitému. Existují mokré a suché leptací procesy, které ošetřují oblasti oxidu křemičitého. Mokré procesy využívají chemické sloučeniny a suché procesy využívají plyn. Samostatným procesem je odstranění zbytků materiálu fotorezistu. Výrobci často kombinují mokré a suché odstraňování, takže materiál fotorezistu je zcela odstraněn. To je důležité, protože materiál fotorezistu je organický a pokud není odstraněn, může vést k defektům na substrátu. Po leptání a čištění můžete přistoupit ke kontrole substrátu, což se obvykle děje v každé důležité fázi, nebo přenést substrát do nového fotolitografického cyklu.

Zkouška podkladu, montáž, balení

Hotové podklady se testují v takzvaných instalacích sond. Pracují s celým substrátem. Kontakty sondy jsou umístěny na kontaktech každého krystalu, což umožňuje provádění elektrických testů. Všechny funkce každého jádra jsou testovány pomocí softwaru.

Řezáním lze ze substrátu získat jednotlivá jádra. Na tento momentŘídící jednotky sondy již identifikovaly, které krystaly obsahují chyby, takže je lze po řezání oddělit od těch dobrých. Dříve byly poškozené krystaly fyzicky označeny, nyní to není potřeba, všechny informace jsou uloženy v jediné databázi.

Krystalový držák

Funkční jádro je pak nutné přilepit lepicí hmotou k obalu procesoru.

Poté je třeba provést drátová spojení spojující kontakty nebo nohy obalu a samotný krystal. Lze použít zlaté, hliníkové nebo měděné spoje.

Většina moderních zpracovatelů používá plastový obal s rozvaděčem tepla.

Typicky je jádro zabaleno do keramiky nebo plastu, aby se zabránilo poškození. Moderní procesory jsou vybaveny tzv. tepelným rozptylovačem, který zajišťuje dodatečnou ochranu krystalu a také velkou kontaktní plochou s chladičem.

Testování CPU

Poslední fáze zahrnuje testování procesoru, co se děje při zvýšených teplotách, v souladu se specifikacemi procesoru. Procesor se automaticky nainstaluje do testovací patice a poté se analyzují všechny potřebné funkce.

Výroba mikroobvodů je velmi obtížná záležitost a uzavřenost tohoto trhu je dána především zvláštnostmi technologie fotolitografie, která je dnes dominantní. Mikroskopické elektronické obvody se promítají na křemíkový plátek prostřednictvím fotomasek, z nichž každá může stát až 200 000 USD. Mezitím je k výrobě jednoho čipu zapotřebí alespoň 50 takových masek. Přidejte k tomu náklady na pokusy a omyly při vývoji nových modelů a uvědomíte si, že pouze velmi velké společnosti mohou vyrábět procesory ve velmi velkém množství.

Ale co vědecké laboratoře a high-tech startupy, které potřebují nestandardní schémata? Jak být vojákem, pro kterého není nákup procesorů od „potenciálního nepřítele“ mírně řečeno comme il faut?

Navštívili jsme ruský výrobní závod nizozemské společnosti Mapper, díky kterému může výroba mikroobvodů přestat být nebeským údělem a změnit se v zaměstnání pro pouhé smrtelníky. No, nebo skoro jednoduše. Zde, na území Technopolis "Moskva", se s finanční podporou korporace "Rusnano" vyrábí klíčová součást technologie Mapper - elektrooptický systém.

Než se však ponoříme do nuancí bezmaskové litografie Mapper, stojí za to si připomenout základy konvenční fotolitografie.

Obrovské světlo

Moderní procesor Intel Core i7 pojme asi 2 miliardy tranzistorů (v závislosti na modelu), z nichž každý má velikost 14 nm. Ve snaze o výpočetní výkon výrobci každoročně zmenšují velikost tranzistorů a zvyšují jejich počet. Za pravděpodobný technologický limit v tomto závodě lze považovat 5 nm: na takové vzdálenosti se začnou projevovat kvantové efekty, kvůli kterým se elektrony v sousedních buňkách mohou chovat nepředvídatelně.

K nanášení mikroskopických polovodičových struktur na křemíkový plátek se používá postup podobný práci se zvětšovačem fotografií. Pokud jeho cílem není opak – udělat obrázek co nejmenší. Talíř (příp ochranný film) jsou potaženy fotorezistem – polymerním fotocitlivým materiálem, který při vystavení světlu mění své vlastnosti. Požadovaný vzor čipu je vystaven fotorezistu přes masku a sběrnou čočku. Potištěné desky jsou obvykle čtyřikrát menší než masky.

Každá látka jako křemík nebo germanium má na vnější energetické úrovni čtyři elektrony. Tvoří nádherné krystaly, které vypadají jako kov. Ale na rozdíl od kovu nevedou elektrický proud: všechny jejich elektrony jsou zapojeny do silných kovalentních vazeb a nemohou se pohybovat. Vše se však změní, pokud k nim přidáte trochu donorové nečistoty z látky s pěti elektrony na vnější úrovni (fosfor nebo arsen). Čtyři elektrony se spojí s křemíkem a jeden zůstane volný. Donorem dopovaný křemík (typ n) je dobrý vodič. Přidáme-li ke křemíku akceptorovou příměs z látky se třemi elektrony na vnější úrovni (bór, indium), obdobným způsobem se vytvoří „díry“, virtuální obdoba kladného náboje. V tomto případě mluvíme o polovodiči typu p. Spojením vodičů typu p a n získáme diodu - polovodičové zařízení, které prochází proud pouze jedním směrem. Kombinace p-n-p nebo n-p-n nám dává tranzistor - proud jím protéká, pouze pokud je na středový vodič přivedeno určité napětí.

Difrakce světla se tomuto procesu přizpůsobuje: paprsek procházející otvory masky se mírně láme a místo jednoho bodu je exponována řada soustředných kruhů jako z kamene hozeného do víru. Naštěstí je difrakce nepřímo úměrná vlnové délce, což inženýři používají při použití ultrafialového světla o vlnové délce 195 nm. Proč ne ještě méně? Prostě kratší vlna se nebude lámat sběrnou čočkou, paprsky projdou bez zaostření. Je také nemožné zvýšit sběrnou schopnost čočky - sférická aberace nedovolí: každý paprsek projde optickou osou ve svém bodě a rozbije ohnisko.

Maximální šířka obrysu, kterou lze zobrazit pomocí fotolitografie, je 70 nm. Čipy s vyšším rozlišením se tisknou v několika fázích: nanesou se obrysy 70 nanometrů, obvod se vyleptá a pak se další část exponuje přes novou masku.

Nyní je ve vývoji technologie fotolitografie v hlubokém ultrafialovém světle, využívající světlo s extrémní vlnovou délkou asi 13,5 nm. Technologie zahrnuje použití vakuových a vícevrstvých zrcadel s odrazem na základě mezivrstvové interference. Maska také nebude průsvitná, ale reflexní prvek. Zrcadla jsou zbavena jevu lomu, proto mohou pracovat se světlem jakékoli vlnové délky. Ale zatím je to pouze koncept, který se snad v budoucnu uplatní.

Jak se dnes vyrábějí procesory

Dokonale vyleštěný kulatý silikonový plátek o průměru 30 cm je potažen tenkou vrstvou fotorezistu. Odstředivá síla pomáhá rovnoměrně rozložit fotorezist.

Budoucí obvod je vystaven fotorezistu přes masku. Tento proces se mnohokrát opakuje, protože z jednoho plátku je vyrobeno mnoho čipů.

Část fotorezistu, která byla vystavena ultrafialovému záření, se stává rozpustnou a lze ji snadno odstranit pomocí chemikálií.

Oblasti křemíkového plátku nechráněné fotorezistem jsou chemicky leptané. Na jejich místě se tvoří prohlubně.

Na desku se opět nanese vrstva fotorezistu. Tentokrát se expozice používá k obnažení těch oblastí, které budou podrobeny iontovému bombardování.

Vlivem elektrického pole se ionty nečistot urychlují na rychlost přes 300 000 km/h a pronikají do křemíku, čímž mu propůjčují vlastnosti polovodiče.

Po odstranění zbytků fotorezistu zůstanou na desce hotové tranzistory. Nahoře je nanesena dielektrická vrstva, ve které jsou stejnou technologií vyleptány otvory pro kontakty.

Deska se vloží do roztoku síranu měďnatého a elektrolýzou se na ni nanese vodivá vrstva. Poté se celá vrstva odstraní broušením a kontakty zůstanou v otvorech.

Kontakty jsou propojeny vícepatrovou sítí kovových "drátů". Počet „pater“ může být až 20 a obecné rozložení vodičů se nazývá architektura procesoru.

Teprve nyní je deska rozřezána na mnoho jednotlivých třísek. Každý „krystal“ je testován a teprve poté instalován na desku s kontakty a zakrytý stříbrným uzávěrem chladiče.

13 000 televizorů

Alternativou fotolitografie je elektrolytografie, kdy se exponuje nikoli světlem, ale elektrony, a nikoli fotografií, ale elektrorezistem. Elektronový paprsek je snadno zaostřen do bodu o minimální velikosti, až do 1 nm. Technologie připomíná katodovou trubici televize: soustředěný proud elektronů je vychylován řídicími cívkami a kreslí obraz na křemíkové destičce.

Tato technologie nemohla donedávna konkurovat tradiční metodě pro svou nízkou rychlost. Aby elektrorezist reagoval na záření, musí přijmout určitý počet elektronů na jednotku plochy, takže jeden paprsek může exponovat v nejlepším případě 1 cm2/h. To je přijatelné pro jednotlivé objednávky z laboratoří, ale není použitelné v průmyslu.

Bohužel není možné vyřešit problém zvýšením energie paprsku: stejnojmenné náboje se odpuzují, takže jak se proud zvyšuje, elektronový paprsek se rozšiřuje. Ale můžete zvýšit počet paprsků vystavením několika zón současně. A pokud několik - to je 13 000, jako v technologii Mapper, pak je podle výpočtů možné tisknout již deset plnohodnotných čipů za hodinu.

Samozřejmě by bylo nemožné spojit 13 000 katodových trubic v jednom zařízení. V případě Mapperu je záření ze zdroje směrováno do kolimátorové čočky, která tvoří široký, paralelní elektronový paprsek. V cestě mu stojí aperturní matice, která jej promění na 13 000 jednotlivých paprsků. Paprsky procházejí zaslepovacím polem, křemíkovým plátkem s 13 000 otvory. V blízkosti každého z nich je umístěna vychylovací elektroda. Pokud je na něj aplikován proud, elektrony „minou“ svůj otvor a jeden z 13 000 paprsků se vypne.

Po průchodu záslepkami jsou paprsky nasměrovány do pole deflektorů, z nichž každý může vychýlit svůj paprsek o několik mikronů doprava nebo doleva vzhledem k pohybu desky (takže Mapper stále připomíná 13 000 CRT). Nakonec je každý paprsek navíc zaostřen vlastní mikročočkou, načež je nasměrován na elektrorezist. Technologie Mapper byla dosud testována ve Francouzském výzkumném ústavu mikroelektroniky CEA-Leti a ve společnosti TSMC, která vyrábí mikroprocesory pro přední hráče na trhu (mj. Apple iPhone 6S). Klíčové komponenty systému, včetně křemíkových elektronických čoček, jsou vyráběny v moskevském závodě.

Technologie Mapper slibuje nové perspektivy nejen pro výzkumné laboratoře a drobnou (včetně vojenské) výroby, ale také pro velké hráče. Pro testování prototypů nových procesorů si v dnešní době musíte vyrobit úplně stejné fotomasky jako pro sériovou výrobu. Možnost relativně rychlého prototypování obvodů slibuje nejen snížení nákladů na vývoj, ale také urychlení pokroku v této oblasti. Což nakonec hraje do karet masovému konzumentovi elektroniky, tedy nám všem.