Attività del corso: Fasi di produzione dei microprocessori. Produzione di processori: dalla sabbia al computer Tecnologie moderne dei processori

PROGRAMMA DELLE LEZIONI

1. Sette generazioni di processori

2. Tecnologia di produzione

3. Fasi tecnologiche di produzione del microprocessore

1. Sette generazioni di processori

La prima generazione (processori 8086 e 8088 e coprocessore matematico 8087) ha posto le basi dell'architettura: un insieme di registri "disuguali" a 16 bit, un sistema di indirizzamento dei segmenti entro 1 MB con un'ampia varietà di modalità, un sistema di istruzioni, un sistema di interruzione e una serie di altri attributi. I processori utilizzavano un pipelining "piccolo": mentre alcuni nodi eseguivano il comando corrente, il blocco di prefetch recuperava il successivo dalla memoria.

La terza generazione (coprocessore 80286 e 80287) ha aggiunto alla famiglia la cosiddetta "modalità protetta", che consente di utilizzare memoria virtuale fino a 1 GB di dimensione per ogni compito, utilizzando memoria fisica indirizzabile entro 16 MB. La modalità protetta è diventata la base per la creazione di sistemi operativi multitasking, in cui il sistema di privilegi regola rigorosamente la relazione delle attività con la memoria, il sistema operativo e tra loro. Va notato che le prestazioni dei processori 80286 sono aumentate non solo a causa dell'aumento della frequenza di clock, ma anche a causa di significativi miglioramenti in cantiere.

La terza generazione (80386/80387 con "suffissi" DX e SX, che determinano la larghezza del bus esterno) è stata caratterizzata dal passaggio a un'architettura a 32 bit. Oltre ad espandere l'intervallo di valori rappresentati (16 bit rappresentano numeri interi nell'intervallo da 0 a 65535 o da -32768 a +32767 e 32 bit - più di quattro miliardi), la capacità della memoria indirizzabile è aumentata. Il sistema operativo Microsoft Windows iniziò ad essere ampiamente utilizzato con questi processori.

La quarta generazione (80486 anche DX e SX) non ha aggiunto grandi modifiche all'architettura, tuttavia sono state prese una serie di misure per migliorare le prestazioni. In questi processori, la pipeline di esecuzione era notevolmente complicata. I produttori hanno abbandonato il coprocessore esterno: ha iniziato a essere posizionato sullo stesso cristallo con quello centrale.

La quinta generazione (processore Pentium di Intel e K5 di AMD) ha fornito un'architettura superscalare. Per fornire rapidamente alle pipeline istruzioni e dati dalla memoria, il bus dati di questi processori è a 64 bit. Più tardi questa generazione ha avuto un'estensione MMX (set di istruzioni Matrics Math Extensions) - un insieme di comandi per estendere le operazioni matematiche della matrice (in origine set di istruzioni Multimedia Extension)). I processori tradizionali a 32 bit possono eseguire operazioni di addizione su due numeri a 8 bit, posizionandoli ciascuno nei bit di ordine inferiore dei registri a 32 bit. In questo caso i 24 bit più significativi dei registri non vengono utilizzati e quindi risulta che con un'operazione di addizione ADD si esegue semplicemente l'addizione di due numeri a 8 bit. I comandi MMX funzionano con 64 bit contemporaneamente, dove possono essere memorizzati otto numeri a 8 bit ed è possibile aggiungerli con altri numeri a 8 bit in un'operazione ADD. I registri MMX possono essere utilizzati anche per aggiungere simultaneamente quattro parole a 16 bit o due parole lunghe a 32 bit. Questo principio è chiamato SIMD (Single Instruction / Multiple Data). I nuovi comandi avevano principalmente lo scopo di velocizzare l'esecuzione di programmi multimediali, ma utilizzarli con la tecnologia multimediale. In MMX è apparso un nuovo tipo di aritmetica - con saturazione: se il risultato di un'operazione non rientra nella griglia di bit, non si verifica l'overflow (o "anti-overflow"), ma il valore massimo (o minimo) possibile del numero è impostato.

La sesta generazione di processori è nata con il Pentium Pro e ha continuato nei processori Pentium III, Celeron e Xeon (da AMD, i processori K6, K6-2, K6-2 +, K6-III possono servire da esempio). La base qui è l'esecuzione dinamica, l'esecuzione dei comandi non è nell'ordine prescritto codice programma, ma in come sarà più conveniente per il processore. Va notato qui che ci sono somiglianze tra i processori di quinta e sesta generazione, vale a dire che l'aggiunta dell'espansione di quinta generazione è stata integrata dall'espansione MMX, la sesta generazione ha ricevuto estensioni che aumentano le capacità MMX. AMD ha questa estensione 3dNnoy! e Intel ha SSE (Streaming SIMD Extensions).

La settima generazione è iniziata con il processore Athlon di AMD. Il processore possedeva caratteristiche condizionanti lo sviluppo superscalarità e super condutture... Successivamente, Intel ha anche rilasciato il suo processore Pentium 4 di settima generazione.

2. Tecnologia di produzione

Attualmente, possiamo osservare una tendenza interessante nel mercato: da un lato, le aziende manifatturiere stanno cercando di introdurre rapidamente nuovi processi tecnici e tecnologie nei loro prodotti, dall'altro c'è una limitazione artificiale della crescita delle frequenze del processore. Ciò è dovuto al fatto che colpisce la sensazione di incompleta disponibilità del mercato per il prossimo cambio di famiglie di processori, e i produttori non hanno ancora ricevuto abbastanza profitto dalle vendite delle CPU in produzione ora. Da notare qui che per le aziende il prezzo del prodotto finito è fondamentale rispetto ad altri interessi. ma Grande importanza una diminuzione del tasso di sviluppo dei microprocessori è associata alla comprensione della necessità di introdurre nuove tecnologie che aumenteranno la produttività con un minimo di costi tecnologici

I produttori hanno dovuto risolvere una serie di problemi quando si passava a nuovi processi tecnici. La norma sulla tecnologia a 90 nm ha dimostrato di essere un ostacolo tecnologico significativo per molti produttori di chip. Ciò è confermato da TSMC, questa azienda è impegnata nella produzione di chip per molti dei principali produttori del mercato, ovvero AMD, nVidia, ATI, VIA. Per molto tempo, non è stata in grado di eseguire il debug della produzione di chip utilizzando la tecnologia da 0,09 micron, il che ha portato a una bassa resa di cristalli adatti. Ciò ha portato AMD a posticipare a lungo il rilascio dei suoi processori SOI (Silicon-on-Insulator). Ciò è dovuto al fatto che proprio su questa dimensione degli elementi sono comparsi svantaggi prima non percepibili, quali correnti di dispersione, una grande dispersione di parametri e un aumento esponenziale del rilascio di calore. Una soluzione alternativa è l'uso della tecnologia SOI silicon-on-insulator, che AMD ha recentemente introdotto nei suoi processori a 64 bit. Tuttavia, le è costato un grande sforzo e il superamento di un numero considerevole di barriere tecnologiche. Ma va notato che questa tecnologia ha molti vantaggi che possono compensare le sue carenze. L'essenza di questa tecnologia è abbastanza logica: il transistor è separato dal substrato di silicio da un altro sottile strato di isolante. Le qualità positive includono. L'assenza di movimento incontrollato di elettroni sotto il canale del transistor, che influenza le sue caratteristiche elettriche - tempo. Dopo l'alimentazione della corrente di sblocco al gate, il tempo di ionizzazione del canale allo stato operativo, fino al momento in cui la corrente operativa lo attraversa, diminuisce, ciò comporta un miglioramento del secondo parametro chiave delle prestazioni del transistor, l'ora della sua accensione/spegnimento. È anche possibile, alla stessa velocità, abbassare semplicemente la corrente di sblocco - tre. Oppure trovare qualche soluzione tra la possibilità di aumentare la velocità di lavoro e la possibilità di ridurre la tensione. Pur mantenendo la stessa corrente di sblocco, l'aumento delle prestazioni del transistor può arrivare fino al 30%, se si lascia la stessa frequenza, ponendo l'accento sul risparmio energetico, in questo caso le prestazioni possono arrivare fino al 50%. Di conseguenza, le caratteristiche del canale diventano più prevedibili e il transistor stesso diventa più resistente agli errori sporadici, un esempio dei quali sono le particelle cosmiche che entrano nel substrato del canale e lo ionizzano inaspettatamente. Entrando nel substrato situato sotto lo strato isolante, non influenzano in alcun modo il funzionamento del transistor. L'unico inconveniente di SOI è che è necessario diminuire la profondità della regione di emettitore/collettore, che a sua volta si traduce in un aumento della sua resistenza al diminuire dello spessore.

Un altro motivo che ha contribuito al rallentamento del tasso di crescita delle frequenze è la bassa attività dei produttori nel mercato. Ad esempio, ogni azienda AMD ha lavorato all'introduzione diffusa di processori a 64 bit, Intel durante questo periodo ha migliorato un nuovo processo tecnico, eseguendo il debug per una maggiore resa di cristalli adatti.

L'introduzione di nuove tecnologie nei processi tecnici è ovvia, ma diventa ogni volta più difficile per i tecnologi. I primi processori Pentium (1993) sono stati prodotti secondo la tecnologia di processo da 0,8 µm, poi 0,6 µm ciascuno. Nel 1995, per la prima volta per i processori di sesta generazione, è stata utilizzata la tecnologia di processo da 0,35 micron. Nel 1997 è passato a 0,25 micron e nel 1999 a 0,18 micron. I processori moderni sono realizzati secondo le tecnologie da 0,13 e 0,09 micron introdotte nel 2004.

È necessario descrivere la struttura stessa del transistor, vale a dire un sottile strato di biossido di silicio, un isolante situato tra il gate e il canale, che svolge la funzione di barriera per gli elettroni, impedendo la dispersione della corrente di gate. Di conseguenza, più spesso questo strato, meglio svolge le sue funzioni isolanti, ma è parte integrante del canale, e non è meno ovvio che se i produttori intendono ridurre la lunghezza del canale (dimensioni del transistor), allora il suo spessore deve essere ridotto a un ritmo molto veloce. Negli ultimi decenni, lo spessore di questo strato è stato in media di circa 1/45 dell'intera lunghezza del canale. Ma questo processo ha la sua fine: come ha affermato la stessa Intel, se si continua a utilizzare SiO2, come è stato negli ultimi 30 anni, lo spessore minimo dello strato sarà 2,3. nm, altrimenti la perdita diventerà semplicemente irrealistica. Fino a poco tempo, nulla è stato fatto per ridurre la dispersione del sottocanale, attualmente la situazione sta iniziando a cambiare, poiché la corrente di funzionamento, insieme al tempo di risposta del gate, è uno dei due parametri principali che caratterizzano la velocità del transistor e il la perdita nello stato spento si riflette direttamente su di essa ( sul mantenimento dell'efficienza richiesta del transistor). Occorre, di conseguenza, aumentare la corrente di esercizio, con tutte le conseguenze che ne conseguono.

Le principali fasi della produzione

La produzione di un microprocessore è un processo complesso che comprende più di 300 fasi. I microprocessori si formano sulla superficie di sottili wafer di silicio circolari - substrati, come risultato di una certa sequenza di diversi processi di lavorazione che utilizzano sostanze chimiche, gas e radiazioni ultraviolette.

I substrati hanno solitamente un diametro di 200 millimetri. Tuttavia, Intel è già passata ai wafer da 450 mm. Il passaggio a piastre di diametro maggiore ridurrà i costi di produzione dei microcircuiti, aumenterà l'efficienza energetica e ridurrà le emissioni di gas nocivi nell'atmosfera. La superficie dei wafer da 450 mm è più del doppio di quella dei wafer da 300 mm. Di conseguenza, è possibile produrre il doppio dei prodotti finiti da un singolo substrato di 450 mm.

I wafer sono fatti di silicio, che viene raffinato, fuso e cresciuto in lunghi cristalli cilindrici. I cristalli vengono quindi tagliati in sottili wafer e lucidati fino a quando le loro superfici sono lisce a specchio e prive di difetti. Quindi, in sequenza, vengono eseguite ciclicamente l'ossidazione termica, la fotolitografia, la diffusione delle impurità, l'epitassia.

Nel processo di produzione di microcircuiti, gli strati più sottili di materiali vengono applicati alle lastre vuote sotto forma di modelli accuratamente calcolati. Una piastra può contenere fino a diverse centinaia di microprocessori. L'intero processo di produzione dei processori può essere suddiviso in diverse fasi: crescita del biossido di silicio e creazione di regioni conduttive, test e produzione.

Biossido di silicio in crescita e creazione di regioni conduttive

Il processo di fabbricazione del microprocessore inizia con la "crescita" di uno strato isolante di biossido di silicio sulla superficie di una lastra lucidata. Questa fase viene eseguita in un forno elettrico ad altissima temperatura. Lo spessore dello strato di ossido dipende dalla temperatura e dal tempo che la piastra trascorre nel forno.

Segue la fotolitografia, un processo durante il quale si forma un disegno schematico sulla superficie della lastra. Innanzitutto, sulla lastra viene applicato uno strato temporaneo di un materiale fotosensibile, un fotoresist, sul quale viene proiettata un'immagine di aree trasparenti del modello, o fotomaschera, mediante radiazione ultravioletta. Le maschere vengono realizzate durante la progettazione del processore e vengono utilizzate per generare schemi circuitali in ogni strato del processore. Sotto l'influenza della radiazione, le aree illuminate del fotostrato diventano solubili e vengono rimosse con l'aiuto di un solvente (acido fluoridrico), rivelando il biossido di silicio sottostante.

La silice esposta viene rimossa mediante un processo chiamato incisione. Quindi il fotostrato rimanente viene rimosso, di conseguenza, sul wafer semiconduttore rimane uno schema di biossido di silicio. Come risultato di una serie di operazioni aggiuntive di fotolitografia e attacco, al wafer viene applicato anche silicio policristallino con le proprietà di un conduttore. Durante la successiva operazione, detta "doping", le aree esposte della fetta di silicio vengono bombardate con ioni di vari elementi chimici, che formano nel silicio cariche negative e positive, che modificano la conducibilità elettrica di queste aree.

L'imposizione di nuovi strati con successivo attacco del circuito viene eseguita più volte, mentre per le connessioni tra gli strati negli strati vengono lasciate "finestre", che vengono riempite di metallo, formando connessioni elettriche tra gli strati. Intel ha utilizzato conduttori in rame nel suo processo di produzione da 0,13 micron. Intel ha utilizzato l'alluminio nel suo processo di produzione da 0,18 micron e nei processi della generazione precedente. Sia il rame che l'alluminio sono buoni conduttori di elettricità. Quando si utilizza il processo tecnico da 0,18 micron, sono stati utilizzati 6 strati, quando si è introdotto il processo tecnico a 90 nm nel 2004, sono stati utilizzati 7 strati di silicio.

Ogni strato del processore ha il suo modello, insieme tutti questi strati formano un circuito elettronico tridimensionale. L'applicazione degli strati viene ripetuta 20 - 25 volte per diverse settimane.

test

Per resistere alle sollecitazioni a cui sono sottoposti i substrati durante la deposizione degli strati, i wafer di silicio devono inizialmente essere sufficientemente spessi. Pertanto, prima di tagliare la lastra in microprocessori separati, il suo spessore viene ridotto del 33% utilizzando processi speciali e i contaminanti vengono rimossi dal lato posteriore. Successivamente, sul retro della piastra "lavorata" viene applicato uno strato di materiale speciale, che migliora il successivo fissaggio del cristallo alla cassa. Questo strato fornisce il contatto elettrico tra la superficie posteriore del circuito integrato e il pacchetto dopo l'assemblaggio.

Successivamente, la lastra viene testata per verificare la qualità di tutte le operazioni di lavorazione. Per determinare la correttezza del processore, vengono controllati i loro singoli componenti. Se viene rilevato un malfunzionamento, i dati ottenuti vengono analizzati per identificare la fase in cui si è verificato l'errore.

Le sonde elettriche vengono quindi collegate a ciascun processore e viene fornita l'alimentazione. I processori sono testati dal computer, determina se le caratteristiche dei processori fabbricati soddisfano i parametri specificati.

Produzione del caso

Dopo il collaudo, i wafer vengono inviati all'impianto di assemblaggio, dove vengono tagliati in piccoli rettangoli, ciascuno contenente un circuito integrato, utilizzando una speciale sega di precisione. I cristalli rotti vengono scartati.

Quindi ogni cristallo viene inserito in una custodia individuale. La custodia protegge il cristallo da influenze esterne e fornisce il suo collegamento elettrico alla scheda su cui verrà installato. Piccole sfere di saldatura, posizionate in punti specifici sul cristallo, sono saldate ai cavi elettrici della confezione. In questa fase i segnali elettrici possono fluire dalla scheda al chip e viceversa.

Dopo aver installato il cristallo nella custodia, il processore viene ritestato per determinarne le prestazioni. I processori difettosi vengono scartati e i processori utilizzabili sono sottoposti a stress test: gli effetti di varie condizioni di temperatura e umidità, nonché le scariche elettrostatiche. Dopo ogni stress test, il processore viene testato per determinarne lo stato funzionale. Quindi i processori vengono ordinati in base al loro comportamento a diverse frequenze di clock e tensioni di alimentazione.

3. Fasi tecnologiche di produzione del microprocessore

Come sono fatte le patatine?

La produzione di chip comporta l'imposizione di strati sottili con un "pattern" complesso su substrati di silicio. Innanzitutto, viene creato uno strato isolante che funziona come un otturatore elettrico. I substrati vengono tagliati in un singolo cilindro di cristallo con sottili "pancake", in modo che in seguito possano essere facilmente tagliati in cristalli di processo separati. Le sonde elettriche vengono utilizzate per testare ogni cristallo sul substrato. Infine, il substrato viene tagliato in singole anime, le anime non funzionanti vengono immediatamente scartate. A seconda delle caratteristiche, il core diventa l'uno o l'altro processore ed è avvolto in un pacchetto che rende più facile l'installazione del processore su scheda madre... Tutti i blocchi funzionali vengono sottoposti a stress test intensivi.

Tutto inizia con i substrati

Il primo passo nella produzione di processori avviene in una camera bianca. Va notato che si tratta di una produzione ad alta intensità di capitale. Si possono spendere più di 2-3 miliardi di dollari per la costruzione di un moderno impianto con tutte le attrezzature. Solo dopo la regolazione completa e il collaudo dell'attrezzatura, l'impianto può produrre processori in serie.

In generale, il processo di fabbricazione del chip consiste in una serie di fasi di lavorazione del substrato. Ciò include la creazione dei substrati stessi, che verranno successivamente tagliati in singoli cristalli.

Produzione del substrato

Il primo stadio è la crescita di un singolo cristallo. Per questo, un cristallo seme viene incorporato in un bagno di silicio fuso, che si trova appena sopra il punto di fusione del silicio policristallino. È importante che i cristalli crescano lentamente per circa un giorno per garantire la corretta disposizione degli atomi. Il silicio policristallino o amorfo è costituito da molti cristalli diversi che si tradurranno in strutture superficiali indesiderate con scarse proprietà elettriche.

Una volta che il silicio è fuso, può essere drogato con altre sostanze che ne modificano le proprietà elettriche. L'intero processo avviene in una stanza sigillata con una speciale composizione dell'aria in modo che il silicio non si ossidi.

Il monocristallo viene tagliato a "pancake" mediante una sega circolare diamantata di alta precisione che non crea grosse irregolarità sulla superficie dei substrati. In questo caso la superficie dei supporti non è ancora perfettamente planare, quindi sono necessarie ulteriori operazioni. L'aspetto dei cristalli singoli può essere visto nella Figura 1.

Riso. 1. Aspetto di un singolo cristallo

Innanzitutto, utilizzando piastre rotanti in acciaio e un abrasivo di allumina, viene rimosso uno spesso strato dai substrati (un processo chiamato lappatura). Di conseguenza, vengono eliminate le irregolarità di dimensioni comprese tra 0,05 mm e circa 0,002 mm (2000 nm). Quindi arrotondare i bordi di ogni supporto, poiché i bordi taglienti possono staccare gli strati. Inoltre, viene utilizzato il processo di incisione, quando con l'aiuto di vari prodotti chimici (acido fluoridrico, acido acetico, acido nitrico) la superficie viene levigata di circa 50 micron in più. Fisicamente, la superficie non si deteriora, poiché l'intero processo è completamente chimico. Ti consente di rimuovere gli errori rimanenti nella struttura cristallina, a seguito della quale la superficie sarà vicina all'ideale.

L'ultimo passaggio è la lucidatura, che leviga la superficie fino alla rugosità, massimo 3 nm. La lucidatura viene eseguita utilizzando una miscela di idrossido di sodio e silice granulare.

Attualmente, i substrati dei microprocessori hanno un diametro di 300 mm o 450 mm, il che consente ai produttori di chip di ottenere più processori da ciascuno di essi. In generale, maggiore è il diametro del substrato, più trucioli della stessa dimensione possono essere prodotti. Un substrato da 300 mm, ad esempio, ha più del doppio del numero di processori rispetto a un 200 mm.

Doping e diffusione

Il drogaggio viene eseguito sia con il supporto finito che durante i processi di fotolitografia. Ciò rende possibile modificare le proprietà elettriche di determinate regioni e strati, e non l'intera struttura del cristallo.

Il drogante può essere aggiunto per diffusione. Gli atomi droganti riempiono lo spazio libero all'interno del reticolo cristallino, tra le strutture di silicio. In alcuni casi si può anche legare una struttura esistente. La diffusione viene effettuata utilizzando gas (azoto e argon) o utilizzando solidi o altre fonti di drogante.

Crea una maschera

Per creare sezioni di un circuito integrato, viene utilizzato un processo di fotolitografia. In questo caso non è necessario irradiare l'intera superficie del supporto, in tal caso è importante utilizzare le cosiddette maschere, che trasmettono radiazioni ad alta intensità solo in determinate zone. Le maschere possono essere paragonate al negativo in bianco e nero. I circuiti integrati hanno molti strati (20 o più) e ogni strato richiede la propria maschera.

Una sottile struttura a pellicola cromata viene applicata alla superficie di una lastra di vetro al quarzo per creare un motivo. Allo stesso tempo, strumenti costosi che utilizzano un flusso di elettroni o un laser prescrivono i dati IC necessari, a seguito dei quali si ottiene un motivo cromato sulla superficie del substrato di quarzo. Va notato che qualsiasi modifica nel circuito integrato porta alla necessità di produrre nuove maschere, quindi l'intero processo di modifica è molto costoso.

La fotoligrafia permette di formare una struttura su un substrato di silicio. Il processo viene ripetuto più volte fino a creare molti strati. Gli strati possono comprendere diversi materiali, qui è previsto anche il collegamento con fili microscopici. Prima di iniziare il processo di fotolitografia, il substrato viene pulito e riscaldato per rimuovere le particelle appiccicose e l'acqua. Nella fase successiva, il substrato viene rivestito con biossido di silicio utilizzando un dispositivo speciale. Successivamente, viene applicato un agente legante al substrato, che assicura che il materiale fotoresist da applicare nella fase successiva rimanga sul substrato. Il materiale fotoresist viene applicato al centro del substrato, che inizia quindi a ruotare ad alta velocità in modo che lo strato sia distribuito uniformemente su tutta la superficie del substrato. Quindi il substrato viene riscaldato. Il processo di fotolitografia è mostrato in Figura 2.

Riso. 2. Il processo di fotolitografia

Quindi, attraverso la maschera, la copertura viene irradiata con un laser quantico, radiazioni ultraviolette dure, raggi X, fasci di elettroni o ioni: tutte queste fonti di luce o energia possono essere utilizzate. I fasci di elettroni sono utilizzati principalmente per creare maschere, raggi X e fasci di ioni per scopi di ricerca e la produzione industriale oggi è dominata da radiazioni UV dure e laser a gas.

La radiazione UV dura con una lunghezza d'onda di 13,5 nm irradia il materiale fotoresist mentre passa attraverso la maschera. I tempi di proiezione e messa a fuoco sono molto importanti per i risultati desiderati. Una scarsa messa a fuoco lascerà particelle extra di materiale fotoresist poiché alcuni dei fori nella maschera non saranno adeguatamente irradiati. Una situazione simile si verificherà se il tempo di proiezione è troppo breve. Quindi la struttura del materiale fotoresist sarà troppo ampia, le aree sotto i fori saranno sottoesposte. Tuttavia, un tempo di proiezione eccessivo crea aree troppo grandi sotto i fori e una struttura del materiale fotoresist troppo stretta. Questa è la complessità della regolamentazione del processo produttivo. Una regolazione errata porterà a gravi deviazioni nei conduttori di collegamento. Uno speciale dispositivo di proiezione passo-passo sposta il supporto nella posizione desiderata. Successivamente, puoi proiettare una linea o una sezione, nella maggior parte dei casi corrispondente a un cristallo del processore. Ulteriori microinstallazioni possono apportare ulteriori modifiche. Ad esempio, eseguire il debug della tecnologia esistente e ottimizzare il processo tecnico. Le microinstallazioni operano tipicamente su aree inferiori a 1 mq. mm, mentre le installazioni convenzionali coprono aree più grandi.

Esistono processi di incisione a umido ea secco che trattano aree di biossido di silicio. I processi a umido utilizzano composti chimici e i processi a secco utilizzano gas. Un processo separato è la rimozione dei residui del materiale fotoresist. I produttori spesso combinano la rimozione a umido ea secco per garantire che il materiale fotoresist venga completamente rimosso. Questo è importante perché il materiale fotoresist è organico e, se non rimosso, può portare a difetti sul substrato.

Dopo l'incisione e la pulitura, si può procedere all'ispezione del supporto, cosa che solitamente avviene in ogni fase importante, oppure trasferire il supporto a un nuovo ciclo di fotolitografia. Il controllo dei substrati è mostrato nella Figura 3.

Riso. 3. Ispezione dei substrati

Il test dei substrati finiti viene eseguito su installazioni di controllo della sonda che funzionano con l'intero substrato. I contatti della sonda sono sovrapposti ai contatti di ciascun cristallo, il che consente di eseguire test elettrici. Usando Software tutte le funzioni di ogni core vengono testate. Il processo di taglio del substrato è mostrato nella Figura 4.

Riso. 4. Il processo di taglio del substrato

Tagliando il supporto si ottengono le singole anime. Se vengono rilevati cristalli difettosi (contenenti errori), vengono separati da quelli buoni. In precedenza, i cristalli danneggiati venivano contrassegnati fisicamente, ora non è necessario, tutte le informazioni sono archiviate in un unico database.

Inoltre, il nucleo funzionale deve essere collocato in un pacchetto del processore, per il quale viene utilizzato un materiale adesivo. Successivamente, è necessario effettuare collegamenti cablati che collegano le gambe della confezione e il cristallo stesso (Figura 5). Per questo vengono utilizzate connessioni in oro, alluminio o rame.

Riso. 5. Collegamento del substrato cablato

La maggior parte dei trasformatori moderni utilizza imballaggi in plastica con distribuzione del calore... In particolare, l'anima è confezionata in un imballaggio in ceramica o plastica, che aiuta a prevenire danni meccanici. I processori moderni sono dotati di un dissipatore di calore, dispositivi che forniscono dissipazione del calore e protezione del chip (Figura 6).

Riso. 6. Imballaggio del processore

L'ultimo passaggio consiste nel testare il processore, che viene eseguito a temperature elevate, in conformità con le specifiche del processore. Il processore viene installato automaticamente nella presa di prova, dopodiché vengono analizzate tutte le funzioni necessarie.

Come sono fatti i microcircuiti

Per comprendere quale sia la principale differenza tra queste due tecnologie è necessario fare un breve excursus nella tecnologia stessa di produzione dei moderni processori o circuiti integrati.

Come è noto dal corso di fisica della scuola, nell'elettronica moderna, i componenti principali dei circuiti integrati sono i semiconduttori di tipo p e di tipo n (a seconda del tipo di conduttività). Un semiconduttore è una sostanza che supera i dielettrici in conduttività, ma è inferiore ai metalli. Il silicio (Si) può servire come base per entrambi i tipi di semiconduttori, che nella sua forma pura (il cosiddetto semiconduttore intrinseco) non conduce bene la corrente elettrica, ma l'aggiunta (introduzione) di una certa impurità nel silicio lo rende possibile cambiare radicalmente le sue proprietà conduttive. Esistono due tipi di impurità: donatore e accettore. Un'impurità donatrice porta alla formazione di semiconduttori di tipo n con conduttività di tipo elettronico e un'impurità accettore porta alla formazione di semiconduttori di tipo p con conduttività di tipo buca. I contatti di semiconduttori p e n consentono di formare transistor, i principali elementi strutturali dei moderni microcircuiti. Tali transistor, detti transistor CMOS, possono trovarsi in due stati fondamentali: aperti, quando conducono corrente elettrica, e chiusi, quando non conducono corrente elettrica. Poiché i transistor CMOS sono gli elementi principali dei moderni microcircuiti, parliamone in modo più dettagliato.

Come funziona un transistor CMOS

Il transistor CMOS di tipo n più semplice ha tre elettrodi: source, gate e drain. Il transistor stesso è realizzato in un semiconduttore di tipo p con conduttività del foro e semiconduttori di tipo n con conduttività elettronica sono formati nelle regioni di pozzo e sorgente. Naturalmente, a causa della diffusione di lacune dalla regione p alla regione n e della diffusione inversa di elettroni dalla regione n alla regione p, si formano strati impoveriti (strati in cui non ci sono portatori di carica principali) ai confini delle transizioni delle regioni p e n. Nello stato normale, cioè quando non viene applicata alcuna tensione al gate, il transistor è in uno stato "bloccato", cioè non è in grado di condurre corrente dalla sorgente al drain. La situazione non cambia, anche se applichiamo una tensione tra drain e source (in questo caso non teniamo conto delle correnti di dispersione causate dal movimento sotto l'influenza dei campi elettrici generati dei portatori di carica minoritari, che cioè buchi per la regione n ed elettroni per la regione p).

Tuttavia, se viene applicato un potenziale positivo al cancello (Fig. 1), la situazione cambierà radicalmente. Sotto l'influenza del campo elettrico del gate, i fori vengono spinti in profondità nel semiconduttore p e gli elettroni, al contrario, vengono attratti nella regione sotto il gate, formando un canale arricchito di elettroni tra la sorgente e il drenaggio. Quando viene applicata una tensione positiva al gate, questi elettroni iniziano a spostarsi dalla sorgente al drenaggio. In questo caso, il transistor conduce corrente - dicono che il transistor "si apre". Se la tensione viene rimossa dal gate, gli elettroni smettono di essere attratti nella regione tra la sorgente e il pozzo, il canale conduttore viene distrutto e il transistor smette di far passare la corrente, cioè è "bloccato". Pertanto, modificando la tensione al gate, è possibile aprire o spegnere il transistor, allo stesso modo in cui è possibile accendere o spegnere un interruttore a levetta convenzionale, controllando il passaggio di corrente attraverso il circuito. Questo è il motivo per cui i transistor sono talvolta chiamati interruttori elettronici. Tuttavia, a differenza degli interruttori meccanici convenzionali, i transistor CMOS sono praticamente privi di inerzia e sono in grado di passare dallo stato aperto a quello chiuso trilioni di volte al secondo! È questa caratteristica, cioè la capacità di commutazione istantanea, che alla fine determina la velocità del processore, che consiste in decine di milioni di questi transistor più semplici.

Quindi, un moderno circuito integrato è costituito da decine di milioni dei più semplici transistor CMOS. Soffermiamoci più in dettaglio sul processo di fabbricazione dei microcircuiti, la cui prima fase è la produzione di substrati di silicio.

Passaggio 1. spazi vuoti in crescita

La creazione di tali substrati inizia con la crescita di un singolo cristallo cilindrico di silicio. Queste billette a cristallo singolo vengono quindi tagliate in wafer di circa 1/40 "di spessore e 200 mm (8") o 300 mm (12 ") di diametro. Questi sono i substrati di silicio utilizzati per la produzione di microcircuiti.

Quando si formano wafer da cristalli singoli di silicio, si tiene conto del fatto che per strutture cristalline ideali le proprietà fisiche dipendono in gran parte dalla direzione scelta (proprietà di anisotropia). Ad esempio, la resistenza di un substrato di silicio sarà diversa nelle direzioni longitudinale e trasversale. Allo stesso modo, a seconda dell'orientamento del reticolo cristallino, un cristallo di silicio reagirà in modo diverso a qualsiasi influenza esterna associata alla sua ulteriore elaborazione (ad esempio, incisione, sputtering, ecc.). Pertanto, la lastra deve essere tagliata dal singolo cristallo in modo tale che l'orientamento del reticolo cristallino rispetto alla superficie sia rigorosamente mantenuto in una certa direzione.

Come già notato, il diametro della preforma monocristallina di silicio è di 200 o 300 mm. Inoltre, il diametro di 300 mm è una tecnologia relativamente nuova, di cui parleremo di seguito. È chiaro che una piastra di questo diametro può ospitare molto più di un microcircuito, anche se stiamo parlando di un processore Intel Pentium 4. In effetti, diverse dozzine di microcircuiti (processori) sono formate su una tale piastra-substrato, ma per semplicità prenderà in considerazione solo i processi che si verificano su una piccola area di un futuro microprocessore.

Passaggio 2. Applicazione di un film dielettrico protettivo (SiO2)

Dopo la formazione del substrato di silicio, inizia la fase di creazione della struttura a semiconduttore più complessa.

Per fare ciò, è necessario introdurre nel silicio le cosiddette impurezze donatori e accettori. Tuttavia, sorge la domanda: come implementare l'introduzione di impurità secondo uno schema preciso? Per rendere possibile ciò, le zone dove non è necessario introdurre impurità vengono protette con uno speciale film di biossido di silicio, lasciando esposte solo quelle zone che sono sottoposte ad ulteriori lavorazioni (Fig. 2). Il processo di formazione di un tale film protettivo del modello desiderato consiste in diverse fasi.

Nella prima fase, l'intero wafer di silicio è completamente ricoperto da un sottile film di biossido di silicio (SiO2), che è un ottimo isolante e funge da film protettivo durante l'ulteriore lavorazione del cristallo di silicio. I wafer sono posti in una camera dove, ad alta temperatura (da 900 a 1100°C) e pressione, l'ossigeno si diffonde negli strati superficiali del wafer, portando all'ossidazione del silicio e alla formazione di un film superficiale di biossido di silicio. Affinché il film di biossido di silicio abbia uno spessore precisamente specificato e non contenga difetti, è necessario mantenere rigorosamente una temperatura costante in tutti i punti del wafer durante il processo di ossidazione. Se non l'intero wafer deve essere coperto con un film di biossido di silicio, viene prima applicata una maschera Si3N4 al substrato di silicio per prevenire l'ossidazione indesiderata.

Passaggio 3. Applicazione del fotoresist

Dopo che il substrato di silicio è stato ricoperto da una pellicola protettiva di biossido di silicio, è necessario rimuovere questa pellicola da quei luoghi che saranno sottoposti a ulteriori lavorazioni. La rimozione del film viene effettuata mediante incisione e, per proteggere le aree rimanenti dall'incisione, sulla superficie del wafer viene applicato uno strato di un cosiddetto fotoresist. Il termine "fotoresist" si riferisce a formulazioni sensibili alla luce e resistenti a fattori aggressivi. Le composizioni applicate dovrebbero avere, da un lato, determinate proprietà fotografiche (sotto l'influenza della luce ultravioletta, diventano solubili e lavate durante il processo di incisione), e dall'altro, resistive, consentendo loro di resistere all'incisione in acidi e alcali, riscaldamento, ecc. Lo scopo principale dei fotoresist è creare un rilievo protettivo della configurazione desiderata.

Il processo di applicazione di un fotoresist e la sua ulteriore irradiazione con luce ultravioletta secondo un determinato modello è chiamato fotolitografia e comprende le seguenti operazioni di base: la formazione di uno strato di fotoresist (lavorazione del substrato, applicazione, essiccazione), la formazione di uno strato protettivo rilievo (esposizione, sviluppo, essiccazione) e trasferimento dell'immagine al supporto (incisione, sputtering, ecc.).

Prima di applicare lo strato di fotoresist (Fig. 3) al substrato, quest'ultimo viene pretrattato, a seguito del quale viene migliorata la sua adesione allo strato di fotoresist. Il metodo di centrifugazione viene utilizzato per applicare uno strato uniforme di fotoresist. Il substrato viene posizionato su un disco rotante (centrifuga) e, sotto l'influenza delle forze centrifughe, il fotoresist viene distribuito sulla superficie del substrato in uno strato quasi uniforme. (Parlando di uno strato praticamente uniforme, si dovrebbe tener conto del fatto che, sotto l'azione delle forze centrifughe, lo spessore del film risultante aumenta dal centro ai bordi; tuttavia, questo metodo di applicazione di un fotoresist consente di sopportare fluttuazioni nello spessore dello strato entro ± 10%.)

Passaggio 4. Litografia

Dopo l'applicazione e l'essiccazione dello strato di fotoresist, inizia la fase di formazione del necessario rilievo protettivo. Il rilievo si forma a causa del fatto che sotto l'azione della radiazione ultravioletta che cade su alcune aree dello strato di fotoresist, quest'ultimo cambia le proprietà di solubilità, ad esempio le aree illuminate cessano di dissolversi nel solvente, che rimuovono le aree dello strato non esposto alla luce, o viceversa - le aree illuminate si dissolvono. Con il metodo di formazione del rilievo, i fotoresist sono divisi in negativi e positivi. Il fotoresist negativo sotto l'influenza della radiazione ultravioletta forma aree protettive del rilievo. D'altra parte, i fotoresist positivi, se esposti alla radiazione ultravioletta, acquisiscono proprietà di scorrimento e vengono lavati dal solvente. Di conseguenza, lo strato protettivo si forma in quelle aree che non sono esposte alle radiazioni ultraviolette.

Per illuminare le aree desiderate del livello di fotoresist, viene utilizzato uno speciale modello di maschera. Molto spesso, a questo scopo vengono utilizzate lastre di vetro ottico con elementi opachi ottenuti da fotografie o altro. In effetti, un tale modello contiene un disegno di uno degli strati del futuro microcircuito (possono esserci diverse centinaia di tali strati in totale). Poiché questo modello è un riferimento, deve essere eseguito con grande precisione. Inoltre, tenendo conto del fatto che molte lastre fotografiche saranno realizzate da una fotomaschera, questa deve essere durevole e resistente ai danni. Quindi, è chiaro che una fotomaschera è una cosa molto costosa: a seconda della complessità del microcircuito, può costare decine di migliaia di dollari.

La radiazione ultravioletta, passando attraverso tale modello (Fig. 4), illumina solo le aree necessarie della superficie dello strato di fotoresist. Dopo l'irradiazione, viene sviluppato il fotoresist, che rimuove le porzioni non necessarie dello strato. Questo apre la parte corrispondente dello strato di biossido di silicio.

Nonostante l'apparente semplicità del processo fotolitografico, è questa fase della produzione di microcircuiti che è la più difficile. Il fatto è che, secondo la previsione di Moore, il numero di transistor su un singolo microcircuito aumenta in modo esponenziale (raddoppia ogni due anni). Un tale aumento del numero di transistor è possibile solo a causa di una diminuzione delle loro dimensioni, ma è proprio la diminuzione che "poggia" sul processo di litografia. Per ridurre le dimensioni dei transistor è necessario ridurre le dimensioni geometriche delle linee applicate allo strato di fotoresist. Ma c'è un limite a tutto: non è così facile focalizzare un raggio laser su un punto. Il fatto è che, in accordo con le leggi dell'ottica ondulatoria, la dimensione minima dello spot in cui viene focalizzato un raggio laser (infatti non è solo uno spot, ma un pattern di diffrazione) è determinata, tra l'altro, dalla lunghezza dell'onda luminosa. Lo sviluppo della tecnologia litografica dalla sua invenzione nei primi anni '70 è stato nella direzione di ridurre la lunghezza d'onda della luce. Questo è ciò che ha permesso di ridurre le dimensioni degli elementi del circuito integrato. Dalla metà degli anni '80, la fotolitografia ha iniziato a utilizzare la radiazione ultravioletta prodotta da un laser. L'idea è semplice: la lunghezza d'onda della radiazione ultravioletta è più corta della lunghezza d'onda della luce nel visibile, quindi è possibile ottenere linee più sottili sulla superficie del fotoresist. Fino a poco tempo fa, la litografia utilizzava la radiazione ultravioletta profonda (Deep Ultra Violet, DUV) con una lunghezza d'onda di 248 nm. Tuttavia, quando la fotolitografia ha superato il limite dei 200 nm, sono sorti seri problemi che per la prima volta hanno messo in discussione la possibilità di un ulteriore utilizzo di questa tecnologia. Ad esempio, a lunghezze d'onda inferiori a 200 micron, troppa luce viene assorbita dallo strato fotosensibile, quindi il processo di trasferimento del modello del circuito al processore diventa più complicato e più lento. Sfide come queste spingono ricercatori e produttori a cercare alternative alla tecnologia litografica tradizionale.

Una nuova tecnologia litografica chiamata litografia EUV (Extreme UltraViolet) si basa sull'uso della luce ultravioletta con una lunghezza d'onda di 13 nm.

La transizione dalla litografia DUV alla litografia EUV fornisce una diminuzione di oltre 10 volte della lunghezza d'onda e una transizione verso un intervallo in cui è paragonabile alla dimensione di poche decine di atomi.

La tecnologia litografica attualmente utilizzata consente la deposizione di un modello con una larghezza minima del conduttore di 100 nm, mentre la litografia EUV consente di stampare linee di larghezza molto inferiore, fino a 30 nm. Controllare le radiazioni ultracorte non è così facile come sembra. Poiché la radiazione EUV è ben assorbita dal vetro, la nuova tecnologia prevede l'utilizzo di una serie di quattro speciali specchi convessi che riducono e focalizzano l'immagine ottenuta dopo l'applicazione della maschera (Fig. 5,,). Ciascuno di tali specchi contiene 80 strati metallici separati dello spessore di circa 12 atomi.

Passaggio 5. Incisione

Dopo l'esposizione dello strato di fotoresist, inizia la fase di attacco per rimuovere il film di biossido di silicio (Fig. 8).

Il processo di decapaggio è spesso associato a bagni acidi. Questo metodo di incisione con acido è ben noto ai radioamatori che hanno realizzato i propri circuiti stampati. Per fare ciò, un modello delle tracce della futura tavola viene applicato alla lamina di textolite con vernice, che funge da strato protettivo, quindi la piastra viene abbassata in un bagno con acido nitrico. Le aree di lamina non necessarie vengono incise, esponendo la textolite pura. Questo metodo presenta una serie di svantaggi, il principale dei quali è l'incapacità di controllare accuratamente il processo di rimozione dello strato, poiché troppi fattori influenzano il processo di incisione: concentrazione di acido, temperatura, convezione, ecc. Inoltre, l'acido interagisce con il materiale in tutte le direzioni e penetra gradualmente sotto il bordo della maschera di fotoresist, cioè distrugge lateralmente gli strati ricoperti di fotoresist. Pertanto, nella produzione di processori, viene utilizzato un metodo di incisione a secco, chiamato anche plasma. Questo metodo consente di controllare con precisione il processo di incisione e la distruzione dello strato inciso avviene rigorosamente nella direzione verticale.

L'incisione a secco utilizza gas ionizzato (plasma) per rimuovere il biossido di silicio dalla superficie del wafer e reagire con la superficie del biossido di silicio per formare sottoprodotti volatili.

Dopo la procedura di incisione, cioè quando vengono esposte le aree richieste di silicio puro, il resto dello strato fotografico viene rimosso. Pertanto, sul substrato di silicio rimane un modello di biossido di silicio.

Passaggio 6. Diffusione (impianto di ioni)

Ricordiamo che il precedente processo di formazione del modello richiesto su un substrato di silicio era necessario per creare strutture a semiconduttore nei posti giusti introducendo un'impurità donatrice o accettore. Il processo di introduzione dell'impurità viene effettuato mediante diffusione (Fig. 9) - introduzione uniforme di atomi di impurità nel reticolo cristallino di silicio. Antimonio, arsenico o fosforo vengono solitamente utilizzati per ottenere un semiconduttore di tipo n. Per ottenere un semiconduttore di tipo p, come impurità si usa boro, gallio o alluminio.

Per il processo di diffusione del drogante si utilizza l'impianto ionico. Il processo di impiantazione consiste nel fatto che gli ioni dell'impurità desiderata vengono "sparati" dall'acceleratore ad alta tensione e, avendo energia sufficiente, penetrano negli strati superficiali del silicio.

Quindi, alla fine della fase di impiantazione ionica, è stato creato lo strato richiesto della struttura del semiconduttore. Tuttavia, i microprocessori possono avere diversi strati di questo tipo. Per creare lo strato successivo nel diagramma risultante, viene coltivato un ulteriore strato sottile di biossido di silicio. Successivamente vengono applicati uno strato di silicio policristallino e un altro strato di fotoresist. La radiazione ultravioletta viene fatta passare attraverso la seconda maschera ed evidenzia il modello corrispondente sul livello fotografico. Seguono poi ancora le fasi di dissoluzione del fotostrato, attacco chimico e impiantazione ionica.

Passaggio 7. Spruzzatura e deposizione

L'imposizione di nuovi strati viene eseguita più volte, mentre per le connessioni tra strati negli strati vengono lasciate "finestre", che vengono riempite con atomi di metallo; di conseguenza, vengono create strisce metalliche sulle regioni conduttive del cristallo. Pertanto, nei moderni processori, vengono stabilite connessioni tra strati che formano un complesso schema tridimensionale. Il processo di crescita e lavorazione di tutti gli strati richiede diverse settimane e il ciclo di produzione stesso è composto da più di 300 fasi. Di conseguenza, su un wafer di silicio si formano centinaia di processori identici.

Per resistere alle sollecitazioni a cui sono sottoposti i wafer durante il processo di deposizione dello strato, i substrati di silicio sono inizialmente realizzati con uno spessore sufficiente. Pertanto, prima di tagliare il wafer in processori separati, il suo spessore viene ridotto del 33% e viene rimossa la contaminazione dal lato posteriore. Quindi viene applicato uno strato di un materiale speciale sul lato posteriore del substrato, che migliora l'attaccamento del cristallo al case del futuro processore.

Passaggio 8. Fase finale

Alla fine del ciclo di formazione, tutti i processori vengono accuratamente testati. Quindi, i cristalli di cemento, già testati, vengono tagliati dalla piastra di substrato utilizzando un dispositivo speciale (Fig. 10).

Ciascun microprocessore è incorporato in una custodia protettiva, che fornisce anche il collegamento elettrico del chip del microprocessore a dispositivi esterni. Il tipo di custodia dipende dal tipo e dalla destinazione d'uso del microprocessore.

Dopo essere stato sigillato nell'alloggiamento, ogni microprocessore viene nuovamente testato. I processori difettosi vengono scartati e i processori utilizzabili sono sottoposti a stress test. I processori vengono quindi ordinati in base al loro comportamento a diverse velocità di clock e tensioni di alimentazione.

Tecnologie avanzate

Il processo tecnologico di fabbricazione dei microcircuiti (in particolare, i processori) è considerato da noi in modo molto semplificato. Ma anche questa presentazione superficiale permette di comprendere le difficoltà tecnologiche che si devono affrontare quando si riducono le dimensioni dei transistor.

Tuttavia, prima di considerare nuove tecnologie promettenti, rispondiamo alla domanda posta all'inizio dell'articolo: qual è lo standard di progettazione del processo tecnologico e come, infatti, lo standard di progettazione di 130 nm differisce dallo standard di 180 nm ? 130 nm o 180 nm è la distanza minima caratteristica tra due elementi adiacenti in uno strato del microcircuito, cioè una sorta di gradino di griglia a cui sono legati gli elementi del microcircuito. Allo stesso tempo, è abbastanza ovvio che minore è questa dimensione caratteristica, più transistor possono essere posizionati sulla stessa area del microcircuito.

Attualmente, il processo di produzione da 0,13 micron viene utilizzato nella produzione di processori Intel. Questa tecnologia viene utilizzata per produrre il processore Intel Pentium 4 con il core Northwood, il processore Intel Pentium III con il core Tualatin e il processore Intel Celeron. Nel caso di utilizzo di un tale processo tecnologico, la larghezza effettiva del canale del transistor è di 60 nm e lo spessore dello strato di ossido di gate non supera 1,5 nm. In tutto, il processore Intel Pentium 4 ospita 55 milioni di transistor.

Insieme a un aumento della densità dei transistor nel cristallo del processore, la tecnologia da 0,13 micron, che ha sostituito la tecnologia da 0,18 micron, presenta altre innovazioni. Innanzitutto, utilizza connessioni in rame tra i singoli transistor (nella tecnologia da 0,18 micron, le connessioni erano in alluminio). In secondo luogo, la tecnologia da 0,13 micron fornisce un consumo energetico inferiore. Per la tecnologia mobile, ad esempio, ciò significa che il consumo energetico dei microprocessori è ridotto e la durata della batteria è più lunga.

Ebbene, l'ultima innovazione che è stata implementata nel passaggio al processo tecnologico da 0,13 micron è l'utilizzo di wafer di silicio (wafer) con un diametro di 300 mm. Ricordiamo che prima, la maggior parte dei processori e dei microcircuiti erano realizzati sulla base di wafer da 200 mm.

L'aumento del diametro delle lastre consente di ridurre il costo di ogni trasformatore e aumentare la resa di prodotti di qualità adeguata. In effetti, l'area di una piastra con un diametro di 300 mm è 2,25 volte maggiore dell'area di una piastra con un diametro di 200 mm, rispettivamente, e il numero di processori ottenuti da una piastra con un diametro di 300 mm è più del doppio.

Nel 2003 è prevista l'introduzione di un nuovo processo tecnologico con uno standard di progettazione ancora più basso, ovvero quello a 90 nanometri. Il nuovo processo di produzione, che Intel utilizzerà per fabbricare la maggior parte dei suoi prodotti, inclusi processori, chipset e apparecchiature di comunicazione, è stato sviluppato nell'impianto pilota D1C di wafer da 300 mm di Intel a Hillsboro, in Oregon.

Il 23 ottobre 2002, Intel ha annunciato l'apertura di una nuova struttura da 2 miliardi di dollari a Rio Rancho, nel New Mexico. Il nuovo impianto, chiamato F11X, utilizzerà una tecnologia all'avanguardia per produrre processori su wafer da 300 mm utilizzando un processo di velocità di progettazione di 0,13 micron. Nel 2003 l'impianto sarà trasferito ad un processo tecnologico con uno standard di progettazione di 90 nm.

Inoltre, Intel ha già annunciato la ripresa della costruzione presso Fab 24 a Lakeslip, in Irlanda, per produrre componenti a semiconduttore su wafer di silicio da 300 mm con una regola di progettazione di 90 nm. La nuova impresa con una superficie totale di oltre 1 milione di mq. ft. con camere ultra pulite con una superficie di 160 mila metri quadrati. ft. dovrebbe essere operativo nella prima metà del 2004 e impiegherà oltre mille dipendenti. Il costo dell'impianto è di circa 2 miliardi di dollari.

Il processo a 90 nm utilizza una varietà di tecnologie avanzate. È anche il transistor CMOS più piccolo al mondo disponibile in commercio con una lunghezza del gate di 50 nm (Fig. 11), che fornisce prestazioni migliorate riducendo il consumo energetico e lo strato di ossido di gate più sottile mai realizzato con transistor - solo 1,2 nm (Figura 12) , o meno di 5 strati atomici, e la prima implementazione del settore della tecnologia del silicio teso ad alte prestazioni.

Delle caratteristiche elencate, forse solo la nozione di "silicio teso" necessita di un commento (Fig. 13). In tale silicio, la distanza tra gli atomi è maggiore rispetto a un semiconduttore convenzionale. Ciò, a sua volta, consente alla corrente di fluire più liberamente, allo stesso modo in cui il traffico si muove più libero e veloce su una strada con corsie più larghe.

Come risultato di tutte le innovazioni, le prestazioni dei transistor sono migliorate del 10-20%, con un aumento dei costi di produzione solo del 2%.

Inoltre, il processo a 90 nm utilizza sette strati per chip (Figura 14), uno in più rispetto al processo a 130 nm e connessioni in rame.

Tutte queste funzionalità, combinate con wafer di silicio da 300 mm, forniscono a Intel vantaggi in termini di prestazioni, produzione e costi. Anche i consumatori traggono vantaggio dal nuovo processo tecnologico di Intel che continua a far crescere il settore in linea con la legge di Moore, migliorando continuamente le prestazioni del processore.

La produzione di microcircuiti è un'attività molto difficile e la chiusura di questo mercato è dettata principalmente dalle peculiarità della tecnologia fotolitografica oggi dominante. Circuiti elettronici microscopici vengono proiettati su un wafer di silicio attraverso fotomaschere, ognuna delle quali può costare fino a $ 200.000. Nel frattempo, sono necessarie almeno 50 maschere di questo tipo per realizzare un chip. Aggiungete a questo il costo di tentativi ed errori durante lo sviluppo di nuovi modelli e vi renderete conto che solo le aziende molto grandi possono produrre processori in quantità molto elevate.

Ma che dire dei laboratori scientifici e delle startup high-tech che necessitano di schemi non standard? Come essere un militare, per il quale acquistare processori da un "potenziale nemico" non è comme il faut, per usare un eufemismo?

Abbiamo visitato il sito di produzione russo dell'azienda olandese Mapper, grazie al quale la produzione di microcircuiti può cessare di essere il destino dei celesti e trasformarsi in un'occupazione per comuni mortali. Bene, o quasi. Qui, sul territorio di Technopolis "Mosca", con il sostegno finanziario della società "Rusnano", viene prodotto un componente chiave della tecnologia Mapper: un sistema elettro-ottico.

Prima di immergersi nelle sfumature della litografia senza maschera di Mapper, tuttavia, vale la pena ricordare le basi della fotolitografia convenzionale.

Luce imponente

Su un processore moderno processore Intel L'i7 può ospitare circa 2 miliardi di transistor (a seconda del modello), ognuno dei quali ha una dimensione di 14 nm. Alla ricerca della potenza di calcolo, i produttori riducono ogni anno le dimensioni dei transistor e ne aumentano il numero. Il probabile limite tecnologico in questa corsa può essere considerato 5 nm: a tali distanze iniziano a manifestarsi effetti quantistici, a causa dei quali gli elettroni nelle celle vicine possono comportarsi in modo imprevedibile.

Per applicare strutture di semiconduttori microscopici a un wafer di silicio, viene utilizzato un processo simile a quello di un ingranditore fotografico. A meno che il suo obiettivo non sia l'opposto: rendere l'immagine il più piccola possibile. Piatto (o pellicola protettiva) sono ricoperti da un fotoresist, un materiale fotosensibile polimerico che cambia le sue proprietà se esposto alla luce. Il modello di chip desiderato viene esposto al fotoresist attraverso una maschera e una lente di raccolta. Le lastre stampate sono in genere quattro volte più piccole delle maschere.

Sostanze come il silicio o il germanio hanno ciascuna quattro elettroni a livello di energia esterna. Formano bellissimi cristalli che sembrano metallo. Ma, a differenza del metallo, non conducono corrente elettrica: tutti i loro elettroni sono coinvolti in potenti legami covalenti e non possono muoversi. Tuttavia, tutto cambia se aggiungi loro una piccola impurità donatrice da una sostanza con cinque elettroni a livello esterno (fosforo o arsenico). Quattro elettroni si legano al silicio e uno rimane libero. Il silicio drogato da donatori (tipo n) è un buon conduttore. Se aggiungiamo al silicio un'impurezza accettore da una sostanza con tre elettroni a livello esterno (boro, indio), si formano in modo simile i "buchi", un analogo virtuale di una carica positiva. In questo caso, stiamo parlando di un semiconduttore di tipo p. Collegando i conduttori di tipo p e n, otteniamo un diodo, un dispositivo a semiconduttore che fa passare la corrente in una sola direzione. Combinazione p-n-p o n-p-n ci dà un transistor: la corrente scorre attraverso di esso solo se viene applicata una certa tensione al conduttore centrale.

La diffrazione della luce apporta i suoi adeguamenti a questo processo: il raggio, passando attraverso i fori della maschera, viene leggermente rifratto, e al posto di un punto viene esposta una serie di cerchi concentrici, come da un sasso lanciato in un vortice. Fortunatamente, la diffrazione è inversamente correlata alla lunghezza d'onda, che è ciò che gli ingegneri usano quando usano la luce ultravioletta con una lunghezza d'onda di 195 nm. Perché non anche meno? È solo che l'onda più corta non verrà rifratta dalla lente di raccolta, i raggi passeranno senza focalizzarsi. È anche impossibile aumentare la capacità di raccolta dell'obiettivo: l'aberrazione sferica non consentirà: ogni raggio passerà l'asse ottico nel suo punto, interrompendo la messa a fuoco.

La larghezza massima del contorno che può essere visualizzata utilizzando la fotolitografia è di 70 nm. I chip a risoluzione più elevata vengono stampati in diversi passaggi: applicano contorni di 70 nanometri, incidono il circuito e quindi espongono la parte successiva attraverso una nuova maschera.

Attualmente è in fase di sviluppo la tecnologia della fotolitografia nell'ultravioletto profondo, che utilizza la luce con una lunghezza d'onda estrema di circa 13,5 nm. La tecnologia prevede l'uso di specchi sottovuoto e multistrato con riflessione basata sull'interferenza interstrato. Anche la maschera non sarà traslucida, ma un elemento riflettente. Gli specchi sono privi del fenomeno della rifrazione, quindi possono funzionare con luce di qualsiasi lunghezza d'onda. Ma per ora, questo è solo un concetto che, forse, verrà applicato in futuro.

Come sono fatti i processori oggi

Un wafer di silicio rotondo perfettamente lucidato con un diametro di 30 cm è rivestito con un sottile strato di fotoresist. La forza centrifuga aiuta a distribuire uniformemente il fotoresist.

Il circuito futuro è esposto al fotoresist attraverso una maschera. Questo processo viene ripetuto molte volte perché molti chip sono costituiti da un wafer.

La parte del fotoresist che è stata esposta alla radiazione ultravioletta diventa solubile e può essere facilmente rimossa con prodotti chimici.

Le aree del wafer di silicio non protette dal fotoresist vengono attaccate chimicamente. Al loro posto si formano le depressioni.

Sulla lastra viene nuovamente applicato uno strato di fotoresist. Questa volta, l'esposizione viene utilizzata per esporre quelle aree che subiranno il bombardamento ionico.

Sotto l'influenza di un campo elettrico, gli ioni delle impurità vengono accelerati a velocità superiori a 300.000 km / he penetrano nel silicio, conferendogli le proprietà di un semiconduttore.

Dopo aver rimosso i resti del fotoresist, i transistor già pronti rimangono sulla piastra. Sulla parte superiore viene applicato uno strato dielettrico, in cui vengono incisi i fori per i contatti utilizzando la stessa tecnologia.

La piastra viene posta in una soluzione di solfato di rame e su di essa viene applicato uno strato conduttivo mediante elettrolisi. Quindi l'intero strato viene rimosso mediante molatura e rimangono i contatti nei fori.

I contatti sono collegati da una rete a più piani di "fili" metallici. Il numero di "piani" può essere fino a 20 e il layout generale dei conduttori è chiamato architettura del processore.

Solo ora la lastra viene segata in molti frammenti singoli. Ogni "cristallo" viene testato e solo successivamente installato su una scheda con contatti e coperto da un tappo radiatore argento.

13.000 televisori

Un'alternativa alla fotolitografia è l'elettrolitografia, quando viene esposta non con la luce, ma con gli elettroni, e non con una foto, ma con un elettroresist. Il fascio di elettroni è facilmente focalizzato su un punto di dimensione minima, fino a 1 nm. La tecnologia ricorda il tubo a raggi catodici di un televisore: un flusso concentrato di elettroni viene deviato da bobine di controllo, disegnando un'immagine su un wafer di silicio.

Fino a poco tempo, questa tecnologia non poteva competere con il metodo tradizionale a causa della sua bassa velocità. Affinché un elettroresist possa reagire alle radiazioni, deve accettare un certo numero di elettroni per unità di area, quindi un raggio può esporre al massimo 1 cm2 / h. Questo è accettabile per ordini singoli da laboratori, ma non applicabile nell'industria.

Sfortunatamente, è impossibile risolvere il problema aumentando l'energia del raggio: le cariche con lo stesso nome vengono respinte, quindi, all'aumentare della corrente, il raggio di elettroni si allarga. Ma puoi aumentare il numero di raggi esponendo più zone contemporaneamente. E se diversi - questo è 13.000, come nella tecnologia Mapper, quindi, secondo i calcoli, è possibile stampare già dieci chip a valore intero all'ora.

Naturalmente, sarebbe impossibile combinare 13.000 tubi a raggi catodici in un unico dispositivo. Nel caso del Mapper, la radiazione da una sorgente è diretta a una lente del collimatore, che forma un ampio fascio di elettroni parallelo. Una matrice di aperture si frappone, che lo trasforma in 13.000 singoli raggi. I fasci passano attraverso una matrice di blanker, un wafer di silicio da 13.000 fori. Un elettrodo di deflessione si trova vicino a ciascuno di essi. Se viene applicata una corrente, gli elettroni "mancano" il loro buco e uno dei 13.000 raggi viene spento.

Dopo aver attraversato i blanker, i raggi vengono diretti a una serie di deflettori, ciascuno dei quali può deviare il proprio raggio di un paio di micron a destra o a sinistra rispetto al movimento della piastra (quindi il Mapper assomiglia ancora a 13.000 CRT). Infine, ogni raggio viene ulteriormente focalizzato dalla propria microlente, dopodiché viene diretto all'elettroresist. Ad oggi, la tecnologia Mapper è stata testata presso l'Istituto francese di ricerca per la microelettronica CEA-Leti e presso TSMC, che produce microprocessori per i principali attori del mercato (tra cui l'Apple iPhone 6S). I componenti chiave del sistema, comprese le lenti elettroniche in silicio, sono prodotti nello stabilimento di Mosca.

La tecnologia Mapper promette nuove prospettive non solo per i laboratori di ricerca e la produzione su piccola scala (anche militare), ma anche per i grandi player. Al giorno d'oggi, per testare prototipi di nuovi processori, devi realizzare esattamente le stesse fotomaschere della produzione di massa. La possibilità di una prototipazione relativamente rapida dei circuiti promette non solo di ridurre i costi di sviluppo, ma anche di accelerare i progressi in questo settore. Il che alla fine fa il gioco del consumatore di massa di elettronica, cioè di tutti noi.

processore questo è il cuore di chiunque computer moderno... Qualsiasi microprocessore è essenzialmente un circuito integrato su larga scala su cui si trovano i transistor. Passando corrente elettrica, i transistor consentono di creare calcoli logici binari (on - off). I processori moderni sono basati sulla tecnologia a 45 nm. 45 nm (nanometro) è la dimensione di un transistor situato sulla piastra del processore. Fino a poco tempo, veniva utilizzata principalmente la tecnologia a 90 nm.

Le piastre sono fatte di silicio, che è il secondo deposito più grande nella crosta terrestre.

Il silicio si ottiene per trattamento chimico, purificandolo dalle impurità. Successivamente, iniziano a fonderlo, formando un cilindro di silicio con un diametro di 300 millimetri. Questo cilindro viene poi tagliato in lastre con un filo diamantato. Lo spessore di ogni piastra è di circa 1 mm. Affinché il piatto abbia una superficie ideale, dopo il taglio con un filo, viene macinato con una smerigliatrice speciale.

Successivamente, la superficie del wafer di silicio è perfettamente piana. A proposito, molte aziende manifatturiere hanno già annunciato la possibilità di lavorare con lastre da 450 mm. Maggiore è la superficie, maggiore è il numero di transistor da posizionare e maggiori sono le prestazioni del processore.

processoreè costituito da un wafer di silicio, sulla cui superficie vi sono fino a nove livelli di transistor, separati da strati di ossido, per l'isolamento.

Sviluppo della tecnologia del processore

Gordon Moore, uno dei fondatori di Intel, uno dei leader nella produzione di processori al mondo, nel 1965, sulla base delle sue osservazioni, scoprì la legge secondo la quale nuovi modelli di processori e microcircuiti apparivano a intervalli di tempo uguali. La crescita del numero di transistor nei processori sta crescendo di circa 2 volte in 2 anni. Per 40 anni, la legge di Gordon Moore ha funzionato senza distorsioni. La padronanza delle tecnologie future è dietro l'angolo: ci sono già prototipi funzionanti basati sulla tecnologia dei processori a 32 nm e 22 nm. Fino alla metà del 2004, la potenza del processore dipendeva principalmente dalla frequenza del processore, ma dal 2005 la frequenza del processore ha praticamente cessato di crescere. C'è una nuova tecnologia per il processore multi-core. Cioè, vengono creati diversi core del processore con una frequenza di clock uguale e durante il funzionamento viene sommata la potenza dei core. Ciò aumenta la potenza complessiva del processore.

Di seguito puoi guardare un video sulla produzione del processore.

Come sono fatte le patatine?

La produzione di chip comporta l'imposizione di strati sottili con un "pattern" complesso su substrati di silicio. Innanzitutto, viene creato uno strato isolante che funziona come un otturatore elettrico. Per quanto riguarda la produzione di substrati, devono essere tagliati in sottili "pancake" da un cilindro a cristallo singolo solido, in modo che in seguito possano essere facilmente tagliati in cristalli di processo separati. Le sonde elettriche vengono utilizzate per testare ogni cristallo sul substrato. Infine, il substrato viene tagliato in singole anime, le anime non funzionanti vengono immediatamente setacciate. A seconda delle caratteristiche, il core diventa l'uno o l'altro processore ed è avvolto in un pacchetto che semplifica l'installazione del processore sulla scheda madre. Tutti i blocchi funzionali vengono sottoposti a stress test intensivi.

Tutto inizia con i substrati

Il primo passo nella produzione di processori avviene in una camera bianca. A proposito, è importante notare che una tale produzione tecnologica rappresenta l'accumulazione di enormi capitali su metro quadro... La costruzione di un impianto moderno con tutte le attrezzature può facilmente costare $ 2-3 miliardi e le prove di nuove tecnologie richiedono diversi mesi. Solo allora l'impianto può produrre processori in serie.

In generale, il processo di fabbricazione del chip consiste in diverse fasi di lavorazione del substrato. Ciò include la creazione dei substrati stessi, che alla fine verranno tagliati in cristalli separati Figurnov, V.E. PC IBM per l'utente.-M., 2004. - P.204.

Produzione del substrato

Il primo stadio è la crescita di un singolo cristallo. Per questo, un cristallo seme viene incorporato in un bagno di silicio fuso, che si trova appena sopra il punto di fusione del silicio policristallino. È importante che i cristalli crescano lentamente (circa un giorno) per garantire che gli atomi siano nella disposizione corretta. Il silicio policristallino o amorfo è costituito da molti cristalli diversi che si tradurranno in strutture superficiali indesiderate con scarse proprietà elettriche.

Il monocristallo viene tagliato a "pancake" mediante una sega circolare diamantata molto precisa, che non crea grosse irregolarità sulla superficie dei substrati. Naturalmente, in questo caso, la superficie dei supporti non è ancora perfettamente piana, quindi sono necessarie operazioni aggiuntive. I cristalli singoli sono mostrati in Figura 1.

Figura 1. Vista esterna di un singolo cristallo.

Innanzitutto, utilizzando piastre rotanti in acciaio e un materiale abrasivo (come l'ossido di alluminio), viene rimosso uno strato spesso dai substrati (un processo chiamato lappatura). Di conseguenza, vengono eliminate le irregolarità di dimensioni comprese tra 0,05 mm e circa 0,002 mm (2000 nm). Quindi arrotondare i bordi di ogni supporto, poiché i bordi taglienti possono staccare gli strati. Inoltre, viene utilizzato il processo di incisione, quando con l'aiuto di vari prodotti chimici (acido fluoridrico, acido acetico, acido nitrico) la superficie viene levigata di circa 50 micron in più. Fisicamente, la superficie non si deteriora, poiché l'intero processo è completamente chimico. Ti consente di rimuovere gli errori rimanenti nella struttura cristallina, a seguito della quale la superficie sarà vicina all'ideale.

L'ultimo passaggio è la lucidatura, che leviga la superficie a irregolarità, massimo 3 nm. La lucidatura viene eseguita utilizzando una miscela di idrossido di sodio e silice granulare.

Oggi, i substrati dei microprocessori hanno un diametro di 200 mm o 300 mm, consentendo ai produttori di chip di ottenere più processori da ciascuno. Il prossimo passo saranno i substrati da 450 mm, ma non dovrebbero essere previsti fino al 2013. In generale, maggiore è il diametro del substrato, più trucioli della stessa dimensione possono essere prodotti. Un substrato da 300 mm, ad esempio, ha più del doppio del numero di processori rispetto a un 200 mm.

Doping e diffusione

Si è già accennato al drogaggio che si effettua durante la crescita del monocristallo. Ma il drogaggio viene effettuato sia con il substrato finito che successivamente durante i processi di fotolitografia. Ciò consente di modificare le proprietà elettriche di determinate aree e strati e non l'intera struttura del cristallo.

Il drogante può essere aggiunto per diffusione. Gli atomi droganti riempiono lo spazio libero all'interno del reticolo cristallino, tra le strutture di silicio. In alcuni casi si può anche legare una struttura esistente. La diffusione viene effettuata con l'aiuto di gas (azoto e argon) o con l'aiuto di solidi o altre fonti di drogante Hasegawa, H. - Il mondo dei computer in domande e risposte.-M., 2004 - P.89 ..

Crea una maschera

Per creare le regioni di un circuito integrato, viene utilizzato un processo di fotolitografia. Poiché in questo caso non è necessario irradiare l'intera superficie del substrato, è importante utilizzare le cosiddette maschere, che trasmettono radiazioni ad alta intensità solo in determinate aree. Le maschere possono essere paragonate al negativo in bianco e nero. I circuiti integrati hanno molti strati (20 o più) e ogni strato richiede la propria maschera.

Una sottile struttura a pellicola cromata viene applicata alla superficie di una lastra di vetro al quarzo per creare un motivo. Allo stesso tempo, strumenti costosi che utilizzano un flusso di elettroni o un laser prescrivono i dati IC necessari, a seguito dei quali si ottiene un motivo cromato sulla superficie del substrato di quarzo. È importante capire che ogni modifica del circuito integrato porta alla necessità di produrre nuove maschere, quindi l'intero processo di modifica è molto costoso.

Fotolitografia

Una struttura viene formata su un substrato di silicio mediante fotolitografia. Il processo viene ripetuto più volte fino a creare molti livelli (più di 20). Gli strati possono essere costituiti da materiali diversi, inoltre, è necessario pensare anche alle connessioni con fili microscopici. Tutti gli strati possono essere drogati Wood, A. Microprocessori in domande e risposte - M., 2005.-P.87.

Prima che inizi il processo di fotolitografia, il substrato viene pulito e riscaldato per rimuovere le particelle appiccicose e l'acqua. Quindi il substrato viene rivestito con biossido di silicio utilizzando un dispositivo speciale. Successivamente, viene applicato un agente legante al substrato, che assicura che il materiale fotoresist da applicare nella fase successiva rimanga sul substrato. Il materiale fotoresist viene applicato al centro del substrato, che inizia quindi a ruotare ad alta velocità in modo che lo strato sia distribuito uniformemente su tutta la superficie del substrato. Quindi il substrato viene riscaldato. Il principio della fotolitografia è mostrato nella Figura 2.

Figura 2. Il principio della fotolitografia

La radiazione UV dura con una lunghezza d'onda di 13,5 nm irradia il materiale fotoresist mentre passa attraverso la maschera. Il tempo di proiezione e la messa a fuoco sono molto importanti per ottenere il risultato desiderato. Una scarsa messa a fuoco lascerà particelle extra di materiale fotoresist poiché alcuni dei fori nella maschera non saranno adeguatamente irradiati. Lo stesso accadrà se il tempo di proiezione è troppo breve. Quindi la struttura del materiale fotoresist sarà troppo ampia, le aree sotto i fori saranno sottoesposte. D'altra parte, un tempo di proiezione eccessivo crea aree troppo grandi sotto i fori e una struttura del materiale fotoresist troppo stretta. Di norma, la regolazione e l'ottimizzazione del processo richiedono molto tempo e sono difficili. Una regolazione non riuscita porterà a gravi deviazioni nei conduttori di collegamento Mayorov, S.I. Business dell'informazione: distribuzione commerciale e marketing - M., 2007. -P.147 .. Uno speciale dispositivo di proiezione a gradini sposta il substrato nella posizione desiderata. Quindi può essere proiettata una linea o una sezione, il più delle volte corrispondente a un die del processore. Ulteriori micro-installazioni possono apportare altre modifiche. Possono eseguire il debug della tecnologia esistente e ottimizzare il processo tecnico Kukin, V.N. Informatica: organizzazione e gestione -M., 2005.-P.78 .. Le microinstallazioni di solito lavorano su aree inferiori a 1 metro quadrato. mm, mentre le installazioni convenzionali coprono aree più grandi.

Figura 3. Test del substrato

I substrati finiti vengono testati nelle cosiddette installazioni di sonde. Funzionano con l'intero substrato. I contatti della sonda sono sovrapposti ai contatti di ciascun cristallo, il che consente di eseguire test elettrici. Tutte le funzioni di ciascun core sono testate tramite software. Il taglio del substrato è mostrato in Figura 4.

Figura 4. Taglio del supporto

Tagliando, si possono ottenere singole anime dal substrato. Sopra questo momento Le centraline sonda hanno già identificato quali cristalli contengono errori, quindi dopo il taglio possono essere separati da quelli buoni. In precedenza, i cristalli danneggiati venivano contrassegnati fisicamente, ora non è necessario, tutte le informazioni sono archiviate in un unico database Semenenko, V.A., Stupin. Yu.V. Manuale sulla tecnologia informatica elettronica - M., 2006. - P.45 ..

Il nucleo funzionale deve quindi essere incollato alla confezione del processore utilizzando un materiale adesivo. Successivamente, è necessario effettuare collegamenti cablati collegando i contatti o le gambe della confezione e il cristallo stesso (Figura 5). È possibile utilizzare connessioni in oro, alluminio o rame.

La maggior parte dei processori moderni utilizza un involucro di plastica con un diffusore di calore. In genere, il nucleo è avvolto in un involucro di ceramica o plastica per evitare danni. I processori moderni sono dotati di un cosiddetto diffusore di calore, che fornisce una protezione aggiuntiva per il cristallo (Figura 6).

Figura 5. Collegamento del substrato cablato

L'ultimo passaggio prevede il test del processore, cosa accade a temperature elevate, in conformità con le specifiche del processore. Il processore viene installato automaticamente nella presa di prova, dopodiché vengono analizzate tutte le funzioni necessarie.

Figura 6. Imballaggio del processore