Kako so izdelani mikroprocesorji. Tehnološke faze proizvodnje mikroprocesorjev Tehnologije proizvodnje mikroprocesorjev
Kot obljubljeno - podrobna zgodba o izdelavi procesorjev ... začenši s peskom. Vse, kar ste želeli vedeti, a ste se bali vprašati
Sem že govoril o " Kje izdelujejo procesorje?"in o čem" Proizvodne težave so na tej poti. Danes bomo govorili neposredno o sami proizvodnji - "od in do".
Proizvodnja procesorja
Ko je tovarna za proizvodnjo procesorjev nova tehnologija zgrajena, ima 4 leta, da povrne naložbo (več kot 5 milijard dolarjev) in ustvari dobiček. Iz preprostih skrivnih izračunov se izkaže, da bi morala tovarna izdelati vsaj 100 delovnih plošč na uro.Na kratko je postopek izdelave procesorja videti takole: iz staljenega silicija z uporabo posebne opreme se goji monokristal valjaste oblike. Nastali ingot ohladimo in razrežemo na "palačinke", katerih površina je skrbno izravnana in polirana do zrcalne barve. Nato v »čistih sobah« tovarn polprevodnikov s fotolitografijo in jedkanjem nastajajo integrirana vezja na silikonskih rezinah. Po ponovnem čiščenju rezin laboratorijski strokovnjaki opravijo selektivno testiranje procesorjev pod mikroskopom – če je vse v redu, se končne rezine razrežejo v ločene procesorje, ki jih kasneje zapremo v škatle.
Lekcije kemije
Oglejmo si celoten postopek podrobneje. Vsebnost silicija v zemeljski skorji je približno 25-30% teže, zaradi česar je ta element na drugem mestu po številčnosti za kisikom. Pesek, predvsem kremenčev pesek, ima visok odstotek silicija v obliki silicijevega dioksida (SiO 2 ) in je na začetku proizvodnega procesa osnovna sestavina za izdelavo polprevodnikov.Sprva se SiO 2 vzame v obliki peska, ki ga reduciramo s koksom v obločnih pečeh (pri temperaturi približno 1800 ° C):
Te reakcije z recikliranjem nastalih stranskih produktov, ki vsebujejo silicij, zmanjšujejo stroške in odpravljajo okoljske težave:
2SiHCl 3 SiH 2 Cl 2 + SiCl 4Nastali vodik lahko uporabimo marsikje, najpomembneje pa je, da je bil pridobljen "elektronski" silicij, čist-čist (99,9999999%). Malo kasneje se v talino takšnega silicija spusti seme ("rastna točka"), ki se postopoma izvleče iz lončka. Posledično nastane tako imenovani "boule" - en sam kristal, visok kot odrasla oseba. Teža je primerna - v proizvodnji tak gobec tehta približno 100 kg.
2SiH 2 Cl 2 SiH 3 Cl + SiHCl 3
2SiH 3 Cl SiH 4 + SiH 2 Cl 2
SiH 4 Si + 2H 2
Ingot se odlušči z "ničlo" :) in razreže z diamantno žago. Izhod so rezine (s kodnim imenom "wafer") z debelino približno 1 mm in premerom 300 mm (~12 palcev; to so tiste, ki se uporabljajo za 32nm procesno tehnologijo s tehnologijo HKMG, High-K / Metal Gate). Nekoč je Intel uporabljal diske s premerom 50 mm (2"), v bližnji prihodnosti pa je že predviden prehod na rezine s premerom 450 mm - to je upravičeno vsaj v smislu znižanja stroškov izdelave čipi.Ko že govorimo o prihrankih – vsi ti kristali so pridelani izven Intela, za proizvodnjo procesorjev jih kupujejo drugje.
Vsaka plošča je polirana, narejena popolnoma gladko, s čimer je njena površina zrcalna.
Proizvodnja čipov je sestavljena iz več kot tristo operacij, zaradi katerih več kot 20 plasti tvori zapleteno tridimenzionalno strukturo - obseg članka, ki je na voljo na Habréju, nam ne bo omogočil, da bi na kratko govorili niti o polovici tega seznama :) Zato zelo na kratko in le o najpomembnejših fazah.
Torej. Strukturo bodočega procesorja je treba prenesti v polirane silicijeve rezine, torej v določene dele silicijeve rezine vnesti nečistoče, ki sčasoma tvorijo tranzistorje. Kako narediti? Na splošno je nanašanje različnih plasti na procesorski substrat cela znanost, saj tudi v teoriji tak postopek ni enostaven (da ne omenjam prakse, ob upoštevanju obsega) ... je pa tako lepo razumeti kompleks;) No, ali vsaj poskusite ugotoviti.
Fotolitografija
Problem rešujemo s pomočjo fotolitografske tehnologije – postopka selektivnega jedkanja površinske plasti z uporabo zaščitne fotomaske. Tehnologija je zgrajena po principu "svetloba-vzorec-fotorezist" in poteka na naslednji način:- Na silikonsko podlago se nanese plast materiala, iz katerega se oblikuje vzorec. Nanjo se nanaša fotorezist- plast polimernega svetlobno občutljivega materiala, ki ob obsevanju s svetlobo spremeni svoje fizikalne in kemijske lastnosti.Želena struktura je narisana na fotomaski - praviloma je to plošča iz optičnega stekla, na katero so fotografsko nanesena neprozorna območja. Vsaka taka predloga vsebuje eno od plasti bodočega procesorja, zato mora biti zelo natančna in praktična.
- Proizvedeno izpostavljenost(osvetlitev fotosloja za točno določeno časovno obdobje) skozi fotomasko
- Odstranitev izrabljenega fotorezista.
Včasih je preprosto nemogoče odložiti določene materiale na prava mesta plošče, zato je material veliko lažje nanesti na celotno površino naenkrat in odstraniti presežek s tistih mest, kjer ni potreben - zgornja slika prikazuje nanos fotorezista v modri barvi.
Rezina se obseva s tokom ionov (pozitivno ali negativno nabitih atomov), ki na določenih mestih prodrejo pod površino rezine in spremenijo prevodne lastnosti silicija (zelene površine so vgrajeni tuji atomi).
Kako izolirati območja, ki ne zahtevajo naknadne obdelave? Pred litografijo se na površino silicijeve rezine (pri visoki temperaturi v posebni komori) nanese zaščitni dielektrični film - kot sem že rekel, je Intel namesto tradicionalnega silicijevega dioksida začel uporabljati High-K dielektrik. Je debelejši od silicijevega dioksida, hkrati pa ima enake kapacitivne lastnosti. Poleg tega se zaradi povečanja debeline zmanjša tok puščanja skozi dielektrik in posledično je postalo mogoče pridobiti energetsko učinkovitejše procesorje. Na splošno je veliko težje zagotoviti enakomernost tega filma po celotni površini plošče - v zvezi s tem se pri proizvodnji uporablja visoko natančen nadzor temperature.
Torej. Na tistih mestih, ki bodo obdelana z nečistočami, zaščitni film ni potreben - previdno se odstrani z jedkanjem (odstranitev površin plasti, da se tvori večplastna struktura z določenimi lastnostmi). In kako ga odstraniti ne povsod, ampak samo na pravih območjih? Če želite to narediti, je treba čez film nanesti še en sloj fotorezista - zaradi centrifugalne sile vrtljive plošče se nanese v zelo tankem sloju.
Pri fotografiji je svetloba prehajala skozi negativni film, padala na površino fotografskega papirja in spreminjala njegove kemične lastnosti. Pri fotolitografiji je princip podoben: svetloba prehaja skozi fotomasko na fotorezist in na tistih mestih, kjer je prešla skozi masko, se posamezni deli fotorezista spreminjajo lastnosti. Svetlobno sevanje poteka skozi masko, ki je usmerjena na podlago. Za natančno ostrenje je potreben poseben sistem leč ali ogledal, ki lahko ne le zmanjšajo sliko, izrezano na maski na velikost čipa, ampak jo tudi natančno projicira na obdelovanec. Tiskane plošče so običajno štirikrat manjše od samih mask.
Celoten izrabljen fotorezist (ki je pod vplivom obsevanja spremenil svojo topnost) odstranimo s posebno kemično raztopino – skupaj z njo se raztopi del substrata pod osvetljenim fotorezistom. Del substrata, ki ga je maska prekrila pred svetlobo, se ne bo raztopil. Tvori prevodnik ali bodoči aktivni element - rezultat tega pristopa so različni vzorci kratkih stikov na vsaki plasti mikroprocesorja.
Strogo gledano, vsi prejšnji koraki so bili potrebni za ustvarjanje polprevodniških struktur na potrebnih mestih z vnosom donorske (n-tipa) ali akceptorja (p-tip) nečistoč. Recimo, da moramo v siliciju izdelati območje koncentracije nosilcev p-tipa, to je luknjasto prevodni pas. Za to se plošča obdela z napravo, imenovano implantator- ioni bora se izžarejo iz visokonapetostnega pospeševalnika z veliko energijo in so enakomerno razporejeni v nezaščitenih conah, ki nastanejo med fotolitografijo.
Kjer je bil dielektrik odstranjen, ioni prodrejo v plast nezaščitenega silicija – sicer se »zataknejo« v dielektriku. Po naslednjem postopku jedkanja se ostanki dielektrika odstranijo, na plošči pa ostanejo cone, v katerih je lokalni bor. Jasno je, da imajo sodobni procesorji lahko več takšnih plasti - v tem primeru se v nastali figuri ponovno zraste dielektrični sloj, nato pa gre vse po uhojeni poti - še en fotorezistni sloj, postopek fotolitografije (že z uporabo nove maske). ), jedkanje, implantacija ... no, razumeli ste.
Značilna velikost tranzistorja je zdaj 32 nm, valovna dolžina, ki jo obdeluje silicij, pa ni niti navadna svetloba, ampak poseben ultravijolični ekscimer laser - 193 nm. Vendar zakoni optike ne dovoljujejo ločljivosti dveh objektov, ki sta narazen manj kot polovico valovne dolžine. To je posledica difrakcije svetlobe. Kako biti? Uporabite različne trike – na primer, poleg omenjenih ekscimernih laserjev, ki sijejo daleč v ultravijoličnem spektru, sodobna fotolitografija uporablja večplastno odsevno optiko z uporabo posebnih mask in posebnega postopka imersion (imersion) fotolitografije.
Logični elementi, ki nastanejo med postopkom fotolitografije, morajo biti med seboj povezani. Da bi to naredili, se plošče dajo v raztopino bakrovega sulfata, v kateri se pod vplivom električnega toka kovinski atomi "naselijo" v preostalih "prehodih" - zaradi tega galvanskega procesa se prevodna področja oblikovane, ki ustvarjajo povezave med posameznimi deli procesorske "logike". Odvečno prevodno prevleko odstranimo s poliranjem.
ciljna črta
Hura - najtežje je za nami. Ostaja zapleten način povezovanja "ostankov" tranzistorjev - princip in zaporedje vseh teh povezav (vodil) se imenuje arhitektura procesorja. Za vsak procesor so te povezave različne – čeprav se vezja zdijo povsem ravna, je v nekaterih primerih mogoče uporabiti do 30 nivojev takšnih »žic«. Na daljavo (pri zelo veliki povečavi) je vse to videti kot futuristično cestno križišče - in navsezadnje nekdo oblikuje te kroglice!
Ko je obdelava plošč končana, se plošče prenesejo iz proizvodnje v montažno-preizkusno delavnico. Tam kristale najprej testirajo, tiste, ki opravijo test (in tega je velika večina), pa s posebno napravo izrežejo iz podlage.
Na naslednji stopnji je procesor zapakiran v substrat (na sliki - procesor Intel Core i5, sestavljen iz CPU in HD grafičnega čipa).
Pozdravljena vtičnica!
Podlaga, matrica in pokrov za distribucijo toplote so povezani skupaj - to je izdelek, ki ga bomo imeli v mislih, ko bomo izgovorili besedo "procesor". Zeleni substrat ustvarja električni in mehanski vmesnik (zlato se uporablja za električno povezavo silicijevega čipa z ohišjem), zahvaljujoč kateremu bo mogoče namestiti procesor v vtičnico matične plošče - pravzaprav je to le platforma, na kateri kontakti iz majhnega čipa so ločeni. Pokrov za distribucijo toplote je termični vmesnik, ki med delovanjem hladi procesor - na ta pokrov bo nameščen hladilni sistem, ne glede na to, ali gre za hladilni radiator ali zdrav vodni blok.
vtičnico(centralna procesorska vtičnica) - vtičnica ali konektor tipa reže, zasnovan za namestitev osrednjega procesorja. Uporaba vtičnice namesto neposrednega spajkanja procesorja na matični plošči olajša zamenjavo procesorja za nadgradnjo ali popravila računalnika. Konektor je lahko zasnovan za namestitev dejanskega procesorja ali kartice CPU (na primer v Pegasosu). Vsaka reža omogoča namestitev le določene vrste procesorske ali CPU kartice.
V končni fazi proizvodnje so končni predelovalci podvrženi končnim preizkusom skladnosti z glavnimi značilnostmi - če je vse v redu, so predelovalci razvrščeni v pravem vrstnem redu v posebne pladnje - v tej obliki bodo predelovalci šli proizvajalcem ali odšli za prodajo OEM. Druga serija bo naprodaj v obliki BOX različic - v čudoviti škatli skupaj s sistemom za hlajenje.
Konec
Zdaj si predstavljajte, da neko podjetje napoveduje na primer 20 novih procesorjev. Vsi se med seboj razlikujejo - število jeder, prostornine predpomnilnika, podprte tehnologije ... Vsak model procesorja uporablja določeno število tranzistorjev (izračunano v milijonih in celo milijardah), svoj princip povezovanja elementov ... In vse to je treba oblikovati in izdelati/avtomatizirati – predloge, leče, litografije, stotine parametrov za vsak proces, testiranje… In vse to bi moralo delovati 24 ur na dan, v več tovarnah hkrati… Posledično bi se morale pojaviti naprave, ki imajo brez pravice do napak pri delovanju… In cena teh tehnoloških mojstrovin bi morala biti v mejah spodobnosti… Skoraj prepričan sem, da si tudi vi, tako kot jaz, ne morete predstavljati celotne količine dela, ki sem ga poskušal izvesti. govoriti o danes.No, in še nekaj bolj neverjetnega. Predstavljajte si, da ste brez petih minut odličen znanstvenik – skrbno ste odstranili pokrov za distribucijo toplote procesorja in lahko skozi ogromen mikroskop videli strukturo procesorja – vse te povezave, tranzistorje ... celo nekaj skicirali na kosu papir, da ne pozabim. Ali menite, da se je enostavno naučiti principov procesorja, če imate samo te podatke in podatke o tem, katere naloge je mogoče rešiti s pomočjo tega procesorja? Zdi se mi, da je taka slika zdaj vidna znanstvenikom, ki poskušajo na podobni ravni preučevati delo človeških možganov. Samo če je verjeti stanfordskim mikrobiologom, v enih človeških možganih
Sodobni mikroprocesorji so najhitrejša in najpametnejša mikrovezja na svetu. Izvajajo lahko do 4 milijarde operacij na sekundo in so izdelane z uporabo različnih tehnologij. Od začetka 90. let prejšnjega stoletja, ko so procesorji začeli množično uporabljati, so šli skozi več razvojnih stopenj. Apogej razvoja mikroprocesorskih struktur z uporabo obstoječih tehnologij mikroprocesorjev 6. generacije se šteje za leto 2002, ko je postalo na voljo uporaba vseh osnovnih lastnosti silicija za pridobivanje visokih frekvenc z najmanjšimi izgubami pri izdelavi in ustvarjanju logičnih vezij. Zdaj učinkovitost novih procesorjev kljub nenehnemu povečevanju frekvence kristalov nekoliko upada, saj se silicijeve tehnologije približujejo meji svojih zmožnosti.
Mikroprocesor je integrirano vezje, oblikovano na majhnem silicijevem čipu. Silicij se uporablja v mikrovezjih zaradi dejstva, da ima polprevodniške lastnosti: njegova električna prevodnost je večja kot pri dielektrikih, vendar manjša kot pri kovinah. Silicij je lahko tako izolator, ki preprečuje gibanje električnih nabojev, kot prevodnik - potem bodo električni naboji prosto prehajali skozenj. Prevodnost polprevodnika je mogoče nadzorovati z vnosom nečistoč.
Mikroprocesor vsebuje milijone tranzistorjev, ki so med seboj povezani z najtanjšimi vodniki iz aluminija ali bakra in se uporabljajo za obdelavo podatkov. Tako nastanejo notranje pnevmatike. Kot rezultat, mikroprocesor opravlja številne funkcije - od matematičnih in logične operacije za nadzor delovanja drugih mikrovezij in celotnega računalnika.
Eden glavnih parametrov procesorja je frekvenca kristala, ki določa število operacij na enoto časa, frekvenco delovanja. sistemsko vodilo, količina notranjega predpomnilnika SRAM. Procesor je označen s frekvenco kristala. Frekvenca kristala je določena s hitrostjo preklopa tranzistorjev iz zaprtega v odprtega. Zmožnost hitrejšega preklapljanja tranzistorja je določena s tehnologijo izdelave silikonskih rezin, iz katerih so narejeni čipi. Postopek izdelave določa dimenzije tranzistorja (njegovo debelino in dolžino vrat). Na primer, z uporabo postopka 90 nm, ki je bil uveden v začetku leta 2004, je velikost tranzistorja 90 nm, dolžina vrat pa 50 nm.
Vsi sodobni procesorji uporabljajo tranzistorje z učinkom polja. Prehod na novo procesno tehnologijo vam omogoča ustvarjanje tranzistorjev z višjo preklopno frekvenco, nižjimi tokovi uhajanja in manjšimi velikostmi. Zmanjšanje velikosti vam omogoča, da hkrati zmanjšate površino čipa in s tem odvajanje toplote, tanjša vrata pa vam omogočajo, da uporabite manj napetosti za preklapljanje, kar tudi zmanjša porabo energije in odvajanje toplote.
Tehnologija in trg
Zdaj je na trgu zanimiv trend: po eni strani se proizvodna podjetja trudijo v svoje nove izdelke čim prej uvesti nove tehnične postopke in tehnologije, po drugi strani pa je umetno zadrževanje rasti procesorjev. frekvence. Prvič, tržniki menijo, da trg ni v celoti pripravljen na naslednjo spremembo družin procesorjev, podjetja pa še niso prejela dovolj dobička od prodaje trenutno proizvedenih procesorjev - zaloga še ni usahnila. Precej opazna je prevlada pomembnosti cene končnega izdelka nad vsemi drugimi interesi podjetij. Drugič, znatno zmanjšanje hitrosti "frekvenčne dirke" je povezano z razumevanjem potrebe po uvedbi novih tehnologij, ki resnično povečajo produktivnost z minimalno količino tehnoloških stroškov. Kot že omenjeno, so proizvajalci naleteli na težave pri prehodu na nove tehnične postopke.Tehnološka norma 90 nm se je izkazala za precej resno tehnološko oviro za številne proizvajalce čipov. To potrjuje tudi TSMC, ki izdeluje čipe za številne tržne velikane, kot so AMD, nVidia, ATI, VIA. Dolgo časa ni mogla vzpostaviti proizvodnje čipov po 0,09 mikronski tehnologiji, kar je privedlo do nizkega donosa ustreznih kristalov. To je tudi eden od razlogov, zakaj AMD že dlje časa odlaša z izdajo svojih procesorjev s tehnologijo SOI (Silicon-on-Insulator). Zamude so posledica dejstva, da so se prav na tej dimenziji elementov začele močno manifestirati vse vrste prej ne tako opaznih negativnih dejavnikov: tokovi uhajanja, velik razpon parametrov in eksponentno povečanje proizvodnje toplote. Ugotovimo po vrsti.
Kot veste, obstajata dva toka uhajanja: tok uhajanja vrat in uhajanje pod pragom. Prvi je posledica spontanega gibanja elektronov med silicijevim substratom kanala in polisilicijevimi vrati. Drugi je spontano gibanje elektronov od vira tranzistorja do odtoka. Oba učinka vodita do dejstva, da je za nadzor tokov v tranzistorju potrebno dvigniti napajalno napetost, kar negativno vpliva na odvajanje toplote. Torej, z zmanjšanjem velikosti tranzistorja, najprej zmanjšamo njegova vrata in plast silicijevega dioksida (SiO2), ki je naravna pregrada med vrati in kanalom. Po eni strani to izboljša hitrost delovanja tranzistorja (preklopni čas), po drugi strani pa poveča puščanje. Se pravi, izkaže se nekakšen začaran krog. Torej je prehod na 90 nm še eno zmanjšanje debeline plasti dioksida in hkrati povečanje puščanja. Boj proti puščanju je spet povečanje krmilnih napetosti in s tem znatno povečanje proizvodnje toplote. Vse to je povzročilo zamudo pri uvedbi novega tehničnega postopka s strani konkurentov na trgu mikroprocesorjev - Intel in AMD.
Ena od možnosti je uporaba tehnologije SOI (silicij na izolatorju), ki jo je AMD pred kratkim implementiral v svoje 64-bitne procesorje. Vendar jo je to stalo veliko truda in premagovanja velikega števila naključnih težav. Toda sama tehnologija zagotavlja ogromno prednosti z relativno majhnim številom pomanjkljivosti. Bistvo tehnologije je na splošno povsem logično - tranzistor je ločen od silicijeve podlage z drugo tanko plastjo izolatorja. Plusi - teža. Brez nenadzorovanega gibanja elektronov pod kanalom tranzistorja, ki vpliva na njegove električne lastnosti - tokrat. Po uporabi toka odklepanja na vratih se ionizacijski čas kanala do delovnega stanja (dokler delovni tok ne teče skozi njega) zmanjša, to pomeni, da se drugi ključni parameter zmogljivosti tranzistorja izboljša, njegov čas vklopa / izklopa je dve. Ali pa lahko pri isti hitrosti preprosto znižate tok odklepanja - to je tri. Ali pa poiščite nek kompromis med povečanjem hitrosti dela in znižanjem napetosti. Ob ohranjanju enakega odklepnega toka je lahko povečanje zmogljivosti tranzistorja do 30%, če pustite frekvenco enako, s poudarkom na varčevanju z energijo, potem je lahko velik plus - do 50%. Nazadnje postanejo značilnosti kanala bolj predvidljive, sam tranzistor pa bolj odporen na občasne napake, kot so tiste, ki jih povzročajo kozmični delci, ki vstopijo v substrat kanala in ga nepričakovano ionizirajo. Zdaj, ko vstopijo v substrat, ki se nahaja pod izolacijskim slojem, na noben način ne vplivajo na delovanje tranzistorja. Edina pomanjkljivost SOI je, da morate zmanjšati globino območja emiter/kolektor, kar neposredno in neposredno vpliva na povečanje njegove odpornosti z zmanjšanjem debeline.
In končno, tretji razlog, ki je prispeval k upočasnitvi rasti frekvence, je nizka aktivnost konkurentov na trgu. Lahko rečemo, da je bil vsak zaposlen s svojimi zadevami. AMD se je ukvarjal s široko uvedbo 64-bitnih procesorjev, za Intel je bilo to obdobje izboljšanja novega tehničnega procesa, odpravljanja napak za povečan donos primernih kristalov.
Začelo leto bi nam moralo prinesti veliko novosti s področja tehnologije, saj naj bi letos obe podjetji prešli na 90 nm tehnološke standarde. A to sploh ne pomeni novega hitrega povečanja frekvenc procesorja, prej nasprotno. Sprva bo na trgu zatišje: konkurenti bodo začeli proizvajati CPE na podlagi novih tehničnih procesov, vendar s starimi frekvencami. Ko se proizvodni proces obvlada, se bo začelo nekaj povečati pogostost čipov. Najverjetneje ne bo tako opazno kot prej. Do konca leta 2004, ko se bo izkoristek 90 nm matrice znatno povečal, Intel pričakuje, da bo dosegel vrh 4 GHz ali več. Procesorji AMD bodo imeli nekaj tradicionalnega frekvenčnega zamika, ki na splošno ne vpliva tako na zmogljivost kot na značilnosti mikroarhitekture.
Torej je potreba po prehodu na nove tehnične postopke očitna, vendar se tehnologom vsakič težko poda. Prvi mikroprocesorji Pentium (1993) so bili izdelani po 0,8 mikronski procesni tehnologiji, nato 0,6 mikronski. Leta 1995 je bila prvič uporabljena 0,35 mikronska procesna tehnologija za procesorje 6. generacije. Leta 1997 se je spremenila na 0,25 mikrona, leta 1999 pa na 0,18 mikrona. Sodobni procesorji so izdelani po tehnologiji 0,13 in 0,09 mikrona, slednja je bila predstavljena leta 2004. Kot lahko vidite, se za te tehnične postopke upošteva Moorov zakon, ki pravi, da se vsaki dve leti frekvenca kristalov podvoji s povečanjem števila tranzistorjev iz njih. Tehnološki proces se spreminja z enako hitrostjo. Res je, v prihodnosti bo "frekvenčna dirka" presegla ta zakon. Do leta 2006 namerava Intel obvladati 65-nm procesno tehnologijo, do leta 2009 pa 32-nm.
Tukaj je čas, da se spomnimo strukture tranzistorja, in sicer tanke plasti silicijevega dioksida, izolatorja, ki se nahaja med vrati in kanalom in opravlja povsem razumljivo funkcijo - oviro za elektrone, ki preprečuje uhajanje toka vrat. Očitno je, da debelejša je ta plast, bolje opravlja svoje izolacijske funkcije. Je pa sestavni del kanala in nič manj očitno ni, da če želimo zmanjšati dolžino kanala (velikost tranzistorja), moramo zmanjšati njegovo debelino in to zelo hitro. . Mimogrede, v zadnjih nekaj desetletjih je debelina te plasti v povprečju znašala približno 1/45 celotne dolžine kanala. Toda ta proces ima svoj konec - kot je Intel izjavil pred petimi leti, če boste še naprej uporabljali SiO2, kot je bilo v zadnjih 30 letih, bo minimalna debelina plasti 2,3 nm, sicer bo uhajanje toka vrat preprosto nerealne vrednosti. .
Do nedavnega ni bilo storjeno nič za zmanjšanje uhajanja podkanal. Zdaj se situacija začenja spreminjati, saj je delovni tok skupaj z odzivnim časom vrat eden od dveh glavnih parametrov, ki označujeta hitrost tranzistorja, in puščanje v izklopljenem stanju neposredno vpliva nanj - da se ohrani zahtevano učinkovitost tranzistorja, je treba ustrezno povečati obratovalni tok z vsemi iz tega izhajajočimi pogoji.
Proizvodnja mikroprocesorjev
Izdelava mikroprocesorja je zapleten proces, ki vključuje več kot 300 stopenj. Mikroprocesorji nastanejo na površini tankih okroglih silikonskih plošč - substratov, kot posledica določenega zaporedja različnih procesov obdelave s kemikalijami, plini in ultravijoličnim sevanjem.Podlage so običajno premera 200 milimetrov ali 8 palcev. Vendar se je Intel že preselil na 300 mm ali 12-palčne rezine. Nove plošče omogočajo pridobivanje skoraj 4-krat več kristalov, izkoristek pa je veliko višji. Oblati so narejeni iz silicija, ki se rafinira, stopi in zraste v dolge cilindrične kristale. Kristale nato razrežemo na tanke plošče in poliramo, dokler njihova površina ni zrcalno gladka in brez napak. Nato se izvajajo zaporedno, ciklično ponavljajoče se toplotna oksidacija (tvorba filma SiO2), fotolitografija, difuzija nečistoč (fosfor), epitaksija (rast plasti).
V procesu izdelave mikrovezij se najtanjše plasti materialov nanesejo na prazne plošče v obliki natančno izračunanih vzorcev. Na eno ploščo je nameščenih do nekaj sto mikroprocesorjev, katerih izdelava zahteva več kot 300 operacij. Celoten proces izdelave procesorjev lahko razdelimo na več stopenj: gojenje silicijevega dioksida in ustvarjanje prevodnih območij, testiranje, izdelava paketa in dostava.
Gojenje silicijevega dioksida in ustvarjanje prevodnih območij. Proizvodni proces mikroprocesorja se začne z "gojenje" izolacijske plasti silicijevega dioksida na površini polirane plošče. Ta faza se izvaja v električni pečici pri zelo visoki temperaturi. Debelina oksidne plasti je odvisna od temperature in časa, ki ga plošča preživi v pečici.
Sledi fotolitografija – postopek, med katerim na površini plošče nastane vzorec. Najprej se na ploščo nanese začasni sloj svetlobno občutljivega materiala, fotorezist, na katerega se z ultravijoličnim sevanjem projicira slika prosojnih delov šablone ali fotomaske. Maske so narejene med načrtovanjem procesorja in se uporabljajo za ustvarjanje vzorcev vezij v vsaki plasti procesorja. Pod vplivom sevanja izpostavljena področja fotoplasti postanejo topna in jih odstranimo s topilom (fluorovodikova kislina), pri čemer se razkrije pod njimi silicijev dioksid.
Izpostavljeni silicijev dioksid se odstrani s postopkom, imenovanim "jedkanje". Preostalo foto plast se nato odstrani, tako da na rezini ostane vzorec iz silicijevega dioksida. S pomočjo številnih dodatnih operacij fotolitografije in jedkanja se na rezino nanese tudi polikristalni silicij, ki ima lastnosti prevodnika. Med naslednjo operacijo, imenovano "doping", so izpostavljena področja silicijeve rezine bombardirana z ioni različnih kemičnih elementov, ki v siliciju tvorijo negativne in pozitivne naboje, s čimer se spremeni električna prevodnost teh območij.
Nalaganje novih plasti z naknadnim jedkanjem vezja se izvede večkrat, medtem ko se za medplastne povezave v plasteh pustijo "okna", ki so napolnjena s kovino, ki tvori električne povezave med plastmi. Intel je v svoji 0,13 mikronski procesni tehnologiji uporabil bakrene prevodnike. V proizvodnem procesu 0,18 mikrona in postopkih prejšnje generacije je Intel uporabil aluminij. Tako baker kot aluminij sta odlična prevodnika električne energije. Pri uporabi 0,18-mikronske procesne tehnologije je bilo uporabljenih 6 plasti, pri uvedbi 90 nm procesne tehnologije v letu 2004 pa 7 plasti silicija.
Vsaka plast procesorja ima svoj vzorec, skupaj vse te plasti tvorijo tridimenzionalno elektronsko vezje. Nanos slojev se ponovi 20-25 krat v nekaj tednih.
Testiranje. Silikonske rezine morajo biti sprva dovolj debele, da prenesejo obremenitve, ki so jim podlage izpostavljene med postopkom plastenja. Zato se pred rezanjem plošče na posamezne mikroprocesorje njena debelina s posebnimi postopki zmanjša za 33 %, na hrbtni strani pa se odstrani umazanija. Nato se na hrbtno stran "tanjše" plošče nanese plast posebnega materiala, ki izboljša naknadno pritrditev kristala na ohišje. Poleg tega ta plast zagotavlja električni stik med zadnjo površino integriranega vezja in paketom po montaži.
Po tem se plošče testirajo, da se preveri kakovost vseh postopkov obdelave. Da bi ugotovili, ali procesorji delujejo pravilno, se testirajo njihove posamezne komponente. Če se odkrijejo napake, se analizirajo, da se ugotovi, v kateri fazi obdelave je prišlo do napake.
Električne sonde se nato priključijo na vsak procesor in napajajo. Procesorje testira računalnik, ki ugotavlja, ali lastnosti izdelanih procesorjev ustrezajo določenim zahtevam.
Izdelava ohišja. Po testiranju se rezine pošljejo v montažno tovarno, kjer jih razrežejo na majhne pravokotnike, od katerih vsak vsebuje integrirano vezje. Za ločevanje plošče se uporablja posebna precizna žaga. Nedelujoči kristali se zavrnejo.
Vsak kristal se nato postavi v posamezen kovček. Ohišje ščiti kristal pred zunanjimi vplivi in zagotavlja njegovo električno povezavo s ploščo, na katero bo naknadno nameščen. Drobne kroglice spajke, ki se nahajajo na določenih točkah na kristalu, so spajkane na električne kable paketa. Zdaj lahko električni signali tečejo s plošče na čip in obratno.
Pri prihodnjih procesorjih bo Intel uporabljal tehnologijo BBUL, ki bo omogočila ustvarjanje bistveno novih ohišij z manj odvajanja toplote in kapacitivnosti med nogami CPU.
Ko je matrica nameščena v paketu, se procesor znova testira, da ugotovi, ali deluje. Okvarjeni procesorji se zavrnejo, uporabni pa so podvrženi stresnim testom: izpostavljenosti različnim temperaturnim in vlažnim pogojem ter elektrostatičnim razelektritvam. Po vsakem obremenitvenem testu se procesor testira, da se ugotovi njegovo funkcionalno stanje. Procesorji so nato razvrščeni glede na njihovo obnašanje pri različnih taktih in napajalnih napetostih.
Dostava. Procesorji, ki so opravili test, gredo v končno kontrolo, katere naloga je potrditi, da so bili rezultati vseh prejšnjih testov pravilni, parametri integriranega vezja pa ustrezajo uveljavljenim standardom ali jih celo presegajo. Vsi procesorji, ki opravijo nadzor izhoda, so označeni in zapakirani za dostavo strankam.
Prihodnje tehnologije za proizvodnjo mikroprocesorjev
Znano je, da imajo obstoječi tranzistorji CMOS številne omejitve in ne bodo omogočili dviga frekvenc procesorja v bližnji prihodnosti tako neboleče. Konec leta 2003 je Intel na konferenci v Tokiu dal zelo pomembno obvestilo o razvoju novih materialov za polprevodniške tranzistorje prihodnosti. Najprej govorimo o novem dielektriku tranzistorskih vrat z visoko dielektrično konstanto (tako imenovanem "high-k" materialu), ki bo uporabljen za zamenjavo silicijevega dioksida (SiO2), ki se uporablja danes, pa tudi o novih kovinske zlitine, združljive z novim dielektrikom vrat. Rešitev, ki so jo predlagali raziskovalci, zmanjša tok uhajanja za 100-krat, kar omogoča, da se približa uvedbi proizvodnega procesa s projektno normo 45 nanometrov. Strokovnjaki ga obravnavajo kot majhno revolucijo v svetu mikroelektronskih tehnologij.Da bi razumeli, o čem govorimo, si najprej poglejmo običajen MOSFET, na podlagi katerega so izdelani najkompleksnejši procesorji.
V njem je prevodna polisilicijeva vrata ločena od tranzistorskega kanala z najtanjšo (le 1,2 nm ali 5 atomov debele) plastjo silicijevega dioksida (materiala, ki se desetletja uporablja kot dielektrik vrat).
Tako majhna debelina dielektrika je potrebna ne le za doseganje majhnih dimenzij tranzistorja kot celote, temveč tudi za njegovo najvišjo zmogljivost (nabiti delci se hitreje premikajo skozi vrata, zaradi česar lahko tak VT preklopi do 10 milijard krat na sekundo). Poenostavljeno - bližje kot so vrata tranzistorskemu kanalu (to je tanjši je dielektrik), "večji vpliv" v smislu hitrosti bo imel na elektrone in luknje v tranzistorskem kanalu.
Zato ni mogoče podcenjevati pomena odkritja Intelovih znanstvenikov. Po petih letih raziskav v laboratorijih so korporacije razvile poseben material, ki bo nadomestil tradicionalni silicijev dioksid na običajni poti proizvodnje čipov. Zahteve za tak material so zelo resne: visoka kemična in mehanska (na atomski ravni) združljivost s silicijem, enostavna proizvodnja v enem samem ciklu tradicionalne silicijeve procesne tehnologije, najpomembnejše pa je nizko puščanje in visoka dielektrična konstanta.
Če se spopadamo z puščanjem, je treba debelino dielektrika povečati na vsaj 2-3 nm (glej sliko zgoraj). Za ohranitev prejšnje transkonduktivnosti tranzistorja (odvisnost toka od napetosti) je potrebno sorazmerno povečati dielektrično konstanto dielektričnega materiala. Če je prepustnost razsutega silicijevega dioksida 4 (ali nekoliko manjša v ultratankih plasteh), potem se za razumno vrednost dielektrične konstante novega "Intel" dielektrika lahko šteje vrednost v območju 10-12. Kljub temu, da obstaja veliko materialov s tako prepustnostjo (kondenzatorska keramika ali monokristal silicija), dejavniki tehnološke združljivosti materialov tukaj niso nič manj pomembni. Zato je bil za nov visokok-material razvit visoko natančen postopek nanašanja, med katerim se v enem ciklu oblikuje ena molekularna plast tega materiala.
Na podlagi te slike je mogoče domnevati, da nov material je tudi oksid. Poleg tega monoksid, kar pomeni uporabo materialov v glavnem druge skupine, na primer magnezija, cinka ali celo bakra.
A zadeva ni bila omejena na dielektrik. Prav tako je bilo treba spremeniti material samega zaklopa - običajni polikristalni silicij. Dejstvo je, da zamenjava silicijevega dioksida z visokok dielektrikom vodi do težav pri interakciji s polikristalnim silicijem (pasovna vrzel tranzistorja določa najmanjšo možno napetost zanj). Te težave je mogoče odpraviti z uporabo posebnih kovinskih vrat za obe vrsti tranzistorjev (n-MOS in p-MOS) v kombinaciji s posebnim proizvodnim postopkom. Ta kombinacija materialov dosega rekordno zmogljivost tranzistorja in edinstveno nizke tokove uhajanja, 100-krat nižje od trenutnih materialov (glej graf). V tem primeru ni več skušnjave po uporabi veliko dražje tehnologije SOI (silicij na izolatorju) za boj proti puščanju, kot to počnejo nekateri večji proizvajalci mikroprocesorjev.
Opažamo tudi še eno Intelovo tehnološko inovacijo – tehnologijo napetega silicija, ki je bila prvič uporabljena v 90-nanometrskih procesorjih Prescott in Dothan. Nazadnje je Intel podrobno pojasnil, kako nastanejo plasti obremenjenega silicija v njegovih strukturah CMOS. CMOS celica je sestavljena iz dveh tranzistorjev, nMOS in pMOS (glej sliko).
V prvem (n-MOS) tranzistorski kanal (n-kanal) vodi tok s pomočjo elektronov (negativno nabiti delci), v drugem (p-MOS) - s pomočjo lukenj (pogojno pozitivno nabiti delci). ). V skladu s tem so mehanizmi nastajanja napetega silicija v teh dveh primerih različni. Za n-MOS tranzistor je uporabljena zunanja prevleka s plastjo silicijevega nitrida (Si3N4), ki zaradi mehanskih obremenitev rahlo (za del odstotka) raztegne (v smeri toka) silicijev kristal. rešetke pod vrati, zaradi česar se delovni tok kanala poveča za 10% (relativno gledano postane bolj prostorno, da se elektroni premikajo v smeri kanala). Pri p-MOS tranzistorjih je ravno nasprotno: material substrata (natančneje, samo odtok in izvor) uporablja silicijevo-germanijevo spojino (SiGe), ki rahlo stisne silicijevo kristalno mrežo pod vrati v smeri kanal. Zato postane "lažje" za luknje, da se "gibljejo" skozi atome nečistoč akceptorja, in delovni tok kanala se poveča za 25%. Kombinacija obeh tehnologij daje 20-30% pridobitev toka. Tako uporaba tehnologije napetega silicija v obeh vrstah naprav (n-MOS in p-MOS) vodi do znatnega povečanja zmogljivosti tranzistorjev s povečanjem stroškov njihove proizvodnje le za ~2% in omogoča ustvarjanje več miniaturnih tranzistorjev naslednjih generacij. Intel načrtuje uporabo napetega silicija za vse prihodnje tehnične procese do 22nm.
Proizvodnja procesorja
Glavni kemični element, ki se uporablja pri izdelavi procesorjev, je silicij, ki je za kisikom najbolj razširjen element na zemlji. To je osnovna sestavina, iz katere je sestavljen obalni pesek (silicijev dioksid); vendar v tej obliki ni primeren za proizvodnjo mikrovezij. Za uporabo silicija kot materiala za izdelavo mi
čipov, je potreben dolgotrajen tehnološki proces, ki se začne s proizvodnjo čistih kristalov silicija po metodi Czochralski. Po tej tehnologiji se surovina, ki se uporablja predvsem kot kremenova kamnina, v električnih obločnih pečeh pretvori v metalurški silicij. Nastali silicij nato stopimo, destiliramo in kristaliziramo v polprevodniške ingote zelo visoke čistosti (99,999999 %), da odstranimo nečistoče. Po mehanskem rezanju ingotov se nastali surovci naložijo v kremenčeve lončke in dajo v električne sušilne peči za vlečenje kristalov, kjer se talijo pri temperaturi več kot 2500 ° Fahrenheita. Da bi preprečili nastanek nečistoč, se peči običajno vgradijo na debelo betonsko podlago. Betonska podlaga pa je nameščena na blažilnike, kar lahko znatno zmanjša vibracije, kar lahko negativno vpliva na nastanek kristala. Takoj, ko se predoblika začne topiti, se v staljeni silicij položi majhen, počasi vrteči se semenski kristal. Ko se semenski kristal odmika od površine taline, se za njim potegnejo silicijevi filamenti, ki ob strjenju tvorijo kristalno strukturo. S spreminjanjem hitrosti gibanja semenskega kristala (10-40 mm na uro) in temperature (približno 2500° Fahrenheita) dobimo silicijev kristal majhnega začetnega premera, ki ga nato povečamo na želeno velikost. Odvisno od velikosti žetonov, ki se izdelujejo, je gojen kristal 8-12 palcev (20-30 mm) v premeru in 5 čevljev (približno 1,5 m) dolg.
Teža gojenega kristala doseže nekaj sto funtov. Obdelovanec je vstavljen v cilinder s premerom 200 mm (trenutni standard), pogosto z ravno zarezo na eni strani za pozicioniranje in natančnost obdelave. Nato vsak obdelovanec z diamantno žago razrežemo na več kot tisoč krožnih substratov, debelih manj kot milimeter (slika 2). Po tem se podlaga polira, dokler njena površina ne postane zrcalno gladka. Proizvodnja čipov uporablja postopek, imenovan fotolitografija. Tehnologija tega postopka je naslednja: na polprevodniku, ki služi kot osnova čipa, se plasti različnih materialov nalagajo ena za drugo; Tako nastanejo tranzistorji, elektronska vezja in prevodniki (tiri), po katerih se širijo signali. Na presečiščih določenih vezij lahko ustvarite tranzistor ali stikalo (ventil). Fotolitografski postopek se začne s prevleko substrata s polprevodniškim slojem s posebnimi dodatki, nato ta sloj premažemo s fotorezistivno kemično sestavo, nato pa se slika mikrovezja projicira na zdaj svetlobno občutljivo površino. Kot rezultat dodajanja donorskih nečistoč siliciju (ki je seveda dielektrik) dobimo polprevodnik. Projektor uporablja posebno foto masko (mask), ki je v resnici zemljevid te posebne plasti čipa. (Čip Pentium III vsebuje pet slojev; drugi sodobni procesorji imajo lahko šest ali več plasti. Ko razvijate nov procesor, boste morali oblikovati fotomasko za vsako plast čipa.) Ko gre skozi prvo fotomasko, se svetloba osredotoča na površino podlage, pri čemer ostane odtis slike te plasti. Nato posebna naprava rahlo premakne substrat, ista fotomaska (maska) pa se uporabi za tiskanje naslednjega čipa. Ko so čipi natisnjeni na celoten substrat, bo kavstik spral področja, kjer je svetloba zadela fotorezist, in pustil odtise fotomaske (maske) določene plasti čipa in medslojnih povezav (povezav med plastmi) ter signala. poti. Po tem se na substrat nanese še en sloj polprevodnika in nanj spet malo fotoodporne snovi, nato pa se naslednja fotomaska (maska) uporabi za ustvarjanje naslednje plasti mikrovezja. Na ta način se plasti nanesejo ena na drugo, dokler mikrovezje ni v celoti izdelano.
Končna maska doda tako imenovani metalizacijski sloj, ki se uporablja za povezavo vseh tranzistorjev in drugih komponent. Večina mikrovezij za to plast uporablja aluminij, v zadnjem času pa je bil uporabljen baker. AMD-jeva tovarna v Dresdnu na primer uporablja baker za proizvodnjo svojih procesorjev. To je posledica boljše prevodnosti bakra v primerjavi z aluminijem. Vendar pa je za široko uporabo bakra potrebno rešiti problem njegove korozije.
Ko bo obdelava krožnega substrata končana, se nanj s foto metodo natisne največje možno število žetonov. Čip je običajno kvadratne ali pravokotne oblike, pri čemer pusti nekaj "prostih" območij okoli robov podlage, čeprav se proizvajalci trudijo uporabiti vsak kvadratni milimeter površine. Industrija doživlja še eno prehodno obdobje v proizvodnji mikročipov. V zadnjem času je opaziti trend povečanja premera substrata in zmanjšanja skupnih dimenzij kristala, kar se izraža v zmanjšanju dimenzij posameznih vezij in tranzistorjev ter razdalje med njimi. Konec leta 2001 in v začetku leta 2002 je prišlo do prehoda s tehnologije 0,18 na 0,13 mikrona, bakrene spoje med čipi so zamenjali z aluminijem, medtem ko se je premer podlage povečal z 200 mm (8 palcev) na 300 mm (12 palcev). Povečanje premera podlage na 300 mm omogoča podvojitev števila proizvedenih žetonov. Uporaba 0,13-mikronske tehnologije omogoča postavitev večjega števila tranzistorjev na čip ob ohranjanju njegovih sprejemljivih dimenzij in zadovoljivega odstotka izkoristka. To pomeni, da se težnja po povečanju količine predpomnilnika, vgrajenega v procesorski čip, nadaljuje. Kot primer, kako to lahko vpliva na parametre določenega čipa, si oglejte procesor Pentium 4.
Premer standardnega substrata, ki se uporablja v polprevodniški industriji že vrsto let, je 200 mm ali približno 8 palcev (slika). Tako površina substrata doseže 31416 mm2. Prva različica procesorja Pentium 4, izdelana na 200 mm rezini, je vsebovala jedro Willamette, ki temelji na 0,18 mikronski tehnologiji z aluminijastimi kontaktnimi povezavami, nameščenimi na čipu s površino približno 217 mm2. Procesor je vseboval 42 milijonov tranzistorjev. Do 145 teh čipov se lahko prilega na 200 mm (8-palčno) rezino. Procesorji Northwood Pentium 4, ki temeljijo na 0,13-mikronski tehnologiji, vsebujejo bakreno vezje, ki se nahaja na 131 mm2 matrici. Ta procesor že vsebuje 55 milijonov tranzistorjev. V primerjavi z različico Willamette ima jedro Northwood dvakrat večjo količino predpomnilnika L2 na čipu (512 KB), kar pojasnjuje večje število vsebovanih tranzistorjev. Uporaba 0,13-mikronske tehnologije omogoča zmanjšanje velikosti matrice za približno 60 %, kar omogoča postavitev do 240 čipov na isto 200 mm (8-palčno) rezino. Kot se spomnite, je bilo na ta substrat mogoče postaviti le 145 kristalov Willamette. V začetku leta 2002 je Intel začel proizvajati čipe Northwood na večji, 300 mm, 70.686 mm2 rezini. Površina tega substrata je 2,25-krat večja od površine 200 mm substrata, kar omogoča skoraj podvojitev števila žetonov, nameščenih na njem. Če govorimo o procesorju Pentium 4 Northwood, potem lahko na 300 mm substrat postavimo do 540 čipov. Uporaba najsodobnejše 0,13-mikronske tehnologije v kombinaciji z rezino večjega premera je povečala proizvodnjo procesorjev Pentium 4 za več kot 3,7-krat. Predvsem zaradi tega imajo sodobna mikrovezja pogosto nižje stroške kot mikrovezja prejšnje različice. Leta 2003 je polprevodniška industrija prešla na 0,09 mikronsko tehnologijo. Ko bo uvedena nova proizvodna linija, vsa mikrovezja na substratu ne bodo primerna. Toda ko se bo tehnologija izdelave določenega mikrovezja izboljševala, se bo povečal tudi odstotek dobrih (delujočih) mikrovezij, ki mu pravimo donos dobrih. Na začetku novega izdelka je lahko donos pod 50 %, ko pa je izdelek te vrste ukinjen, je že 90 %. Večina proizvajalcev čipov se skriva realne številke dobre donose, saj je poznavanje dejanskega razmerja med dobrim in pomanjkljivim lahko v korist njihovih konkurentov. Če ima podjetje konkretne podatke o tem, kako hitro rastejo pridelki konkurentov, lahko prilagodi cene čipov ali načrtuje proizvodnjo, da poveča svoj tržni delež v kritičnem času. Na primer, v letih 1997 in 1998 je imel AMD nizke donose in izgubil pomemben tržni delež. Čeprav si je AMD prizadeval rešiti to težavo, je vseeno moral podpisati pogodbo, po kateri naj bi IBM Microelectronics proizvajala in dobavila AMD nekaj svojih mikroprocesorjev. Po zaključku obdelave substrata posebna naprava preveri vsako mikrovezje na njem in opazi nizkokakovostne, ki bodo kasneje zavrnjene. Odrezke nato izrežemo iz substrata z visoko zmogljivo lasersko ali diamantno žago. Ko so čipi izrezani iz substratov, se vsak čip posebej testira, pakira in ponovno testira. Postopek pakiranja se imenuje povezava: po tem, ko je kristal vstavljen v paket, poseben stroj poveže kristalne vodnike s tankimi zlatimi žicami z zatiči (ali kontakti) na embalaži čipa. Nato je čip zapakiran v posebno embalažo - posodo, ki ga v bistvu ščiti pred škodljivimi vplivi zunanjega okolja. Ko so vodniki matrice priključeni na zatiče na paketu čipov in je čip zapakiran, se izvede končni test za določitev pravilnega delovanja in nazivne hitrosti. Različna mikrovezja iste serije imajo pogosto različne hitrosti. Posebne preskusne naprave omogočajo, da vsako mikrovezje deluje v različnih pogojih (pri različnih tlakih, temperaturah in frekvencah ur), pri čemer določajo vrednosti parametrov, pri katerih se pravilno delovanje mikrovezja ustavi. Vzporedno se določi največja hitrost; nato se mikrovezja razvrstijo po hitrosti in porazdelijo med sprejemnike: mikrovezja s podobnimi parametri sodijo v isti sprejemnik. Na primer, čipi Pentium 4 2.0A, 2.2, 2.26, 2.24 in 2.53 GHz so isti čip, to pomeni, da so bili vsi natisnjeni iz iste fotomaske, poleg tega pa so narejeni iz istega praznina, vendar na koncu proizvodnje cikla so bili razvrščeni po hitrosti.
Korenine našega digitalnega življenjskega sloga zagotovo izvirajo iz polprevodnikov, ki so omogočili ustvarjanje sofisticiranih računalniških čipov na osnovi tranzistorjev. Shranjujejo in obdelujejo podatke, ki so osnova sodobnimi mikroprocesorji. Polprevodniki, ki so danes narejeni iz peska, so ključni sestavni del skoraj vsake elektronske naprave, od računalnikov do prenosnikov do mobilnih telefonov. Tudi avtomobili zdaj ne morejo brez polprevodnikov in elektronike, saj polprevodniki nadzorujejo klimatsko napravo, proces vbrizgavanja goriva, vžig, pomično streho, ogledala in celo krmiljenje (BMW Active Steering). Danes je skoraj vsaka naprava, ki porablja energijo, zgrajena na polprevodnikih.
Mikroprocesorji so brez dvoma med najbolj kompleksnimi polprevodniškimi izdelki, saj bo število tranzistorjev kmalu doseglo milijardo, obseg funkcionalnosti pa je že danes neverjeten. Dvojedrni sistem kmalu Jedrni procesorji 2 na skoraj dokončanem 45nm Intelovem procesu in bodo že vsebovali 410 milijonov tranzistorjev (čeprav jih bo večina uporabljenih za 6MB L2 predpomnilnik). 45nm proces je poimenovan po velikosti enega samega tranzistorja, ki je zdaj približno 1000-krat manjši od premera človeškega lasu. Do določene mere je zato elektronika začela vladati vsemu v našem življenju: tudi ko je bila velikost tranzistorja večja, je bilo zelo poceni izdelati ne zelo zapletena mikrovezja, proračun tranzistorjev je bil precej velik.
V tem članku si bomo ogledali osnove izdelave mikroprocesorjev, dotaknili pa se bomo tudi zgodovine procesorjev, arhitekture in pogledali različne izdelke na trgu. Na internetu lahko najdete veliko zanimivih informacij, nekatere od njih so navedene spodaj.
- Wikipedija: Mikroprocesor. Ta članek je bil pregledan različni tipi procesorje ter ponuja povezave do proizvajalcev in dodatne wiki strani o procesorjih.
- Wikipedija: Mikroprocesorji (Kategorija). Za še več povezav in informacij si oglejte razdelek o mikroprocesorju.
Konkurenca osebnih računalnikov: AMD in Intel
Podjetje Advanced Micro Devices Inc., ustanovljeno leta 1969, ima sedež v Sunnyvaleu v Kaliforniji, medtem ko je srce Intela, ki je bilo ustanovljeno le leto prej, nekaj milj stran v Santa Clari. AMD ima danes dve tovarni: v Austinu (Texas, ZDA) in v Dresdnu (Nemčija). Nova tovarna bo kmalu zaživela. Poleg tega je AMD združil moči z IBM-om pri razvoju procesorske tehnologije in proizvodnje. Seveda je vse to le delček velikosti Intela, saj ima danes vodilni na trgu skoraj 20 tovarn na devetih lokacijah. Približno polovica se jih uporablja za proizvodnjo mikroprocesorjev. Ko torej primerjate AMD in Intel, ne pozabite, da primerjate Davida in Goljata.
Intel ima nesporno prednost v obliki ogromne proizvodne zmogljivosti. Da, podjetje je danes vodilno pri izvajanju naprednih tehnoloških procesov. Intel je v tem pogledu približno leto dni pred AMD. Posledično lahko Intel uporablja več tranzistorjev in več predpomnilnika v svojih procesorjih. AMD mora za razliko od Intela čim bolj učinkovito optimizirati tehnični proces, da bi sledil tekmecu in proizvedel dostojne procesorje. Seveda sta zasnova procesorjev in njihova arhitektura zelo različni, vendar je tehnični proizvodni proces zgrajen na enakih osnovnih načelih. Čeprav je v njem seveda veliko razlik.
Proizvodnja mikroprocesorjev
Proizvodnja mikroprocesorjev je sestavljena iz dveh pomembnih stopenj. Prvi je v proizvodnji substrata, ki ga AMD in Intel opravljata v svojih tovarnah. To vključuje podajanje prevodnih lastnosti substratu. Druga faza je preizkus substratov, montaža in pakiranje procesorja. Zadnja operacija se običajno izvede v manj drage države. Če pogledate Intelove procesorje, boste ugotovili, da je bila embalaža izdelana v Kostariki, Maleziji, na Filipinih itd.
AMD in Intel zdaj poskušata izdelati izdelke za največje število tržnih segmentov, poleg tega pa na podlagi najmanjše možne ponudbe kristalov. Odličen primer je linija procesorjev Intel Core 2 Duo. Tukaj so trije procesorji s kodnim imenom za različne trge: Merom za mobilne aplikacije, Conroe - namizna različica, Woodcrest - strežniška različica. Vsi trije procesorji so zgrajeni na enaki tehnološki osnovi, kar omogoča proizvajalcu, da se odloča v zadnjih fazah proizvodnje. Funkcije je mogoče omogočiti ali onemogočiti, trenutna takta pa daje Intelu odlično stopnjo izkoristka čipov. Če se bo povpraševanje po mobilnih procesorjih na trgu povečalo, se lahko Intel osredotoči na izdajo modelov Socket 479. Če se bo povpraševanje po namiznih modelih povečalo, bo podjetje testiralo, potrdilo in pakiralo čipe za Socket 775, medtem ko bodo strežniški procesorji pakirani za Socket 771. Tako nastajajo celo štirijedrni procesorji: v en paket sta nameščena dva dvojedrna kristala, tako dobimo štiri jedra.
Kako nastanejo čipi
Proizvodnja čipov je sestavljena iz nalaganja tankih plasti s kompleksnim "vzorcem" na silikonske podlage. Najprej se ustvari izolacijska plast, ki deluje kot električni zaklop. Na vrh se nato nanese fotoodporni material, neželena področja pa se odstranijo z maskami in visoko intenzivnim obsevanjem. Ko se obsevana območja odstranijo, se pod njimi odprejo področja silicijevega dioksida, ki se odstranijo z jedkanjem. Po tem odstranimo tudi fotoodporni material in na površini silicija dobimo določeno strukturo. Nato se izvajajo dodatni fotolitografski postopki z različnimi materiali, dokler ne dobimo želene tridimenzionalne strukture. Vsako plast je mogoče dopirati z določeno snovjo ali ioni, kar spremeni električne lastnosti. Okna so ustvarjena v vsaki plasti, da se nato pripeljejo kovinske povezave.
Kar zadeva proizvodnjo substratov, jih je treba iz enega samega monokristalnega cilindra razrezati na tanke "palačinke", da jih je mogoče enostavno razrezati na posamezne kristale procesorja. Na vsakem koraku proizvodnje se izvaja prefinjeno testiranje za oceno kakovosti. Električne sonde se uporabljajo za testiranje vsakega čipa na substratu. Na koncu se substrat razreže na posamezna jedra, nedelujoča jedra se takoj odstranijo. Odvisno od značilnosti postane jedro tak ali drugačen procesor in je vpeto v paket, ki olajša namestitev procesorja na matična plošča. Vsi funkcionalni bloki so skozi intenzivne stresne teste.
Vse se začne z blazinicami
Prvi korak v proizvodnji procesorjev se izvede v čisti sobi. Mimogrede, pomembno je omeniti, da je takšna tehnološka proizvodnja kopičenje ogromnega kapitala na kvadratni meter. Gradnja sodobnega obrata z vso opremo zlahka "odleti" 2-3 milijarde dolarjev, za testiranje novih tehnologij pa traja več mesecev. Šele takrat lahko obrat množično proizvaja predelovalce.
Na splošno je postopek izdelave čipov sestavljen iz več korakov obdelave substrata. To vključuje ustvarjanje samih substratov, ki bodo na koncu razrezani na posamezne kristale.
Vse se začne z gojenjem enega samega kristala, za katerega je semenski kristal vgrajen v kopel staljenega silicija, ki se nahaja tik nad tališčem polikristalnega silicija. Pomembno je, da kristali rastejo počasi (približno en dan), da zagotovimo, da so atomi pravilno razporejeni. Polikristalni ali amorfni silicij je sestavljen iz številnih različnih kristalov, ki bodo povzročili neželene površinske strukture s slabimi električnimi lastnostmi. Ko se silicij stopi, ga lahko dopiramo z drugimi snovmi, ki spremenijo njegove električne lastnosti. Celoten postopek poteka v zaprtem prostoru s posebno zračno sestavo, da silicij ne oksidira.
Monokristal se razreže na "palačinke" s pomočjo krožne diamantne žage, ki je zelo natančna in ne ustvarja velikih nepravilnosti na površini substratov. Seveda v tem primeru površina podlag še vedno ni popolnoma ravna, zato so potrebne dodatne operacije.
Najprej se z uporabo vrtljivih jeklenih plošč in abrazivnega materiala (kot je aluminijev oksid) odstrani debela plast s podlage (postopek, imenovan lepljenje). Posledično se odpravijo nepravilnosti velikosti od 0,05 mm do približno 0,002 mm (2000 nm). Robove vsakega substrata je treba nato zaokrožiti, saj lahko ostri robovi povzročijo luščenje plasti. Nato se uporablja postopek jedkanja, pri katerem se pri uporabi različnih kemikalij (fluorovodikova kislina, ocetna kislina, dušikova kislina) površina zgladi za približno 50 mikronov. Ne pride do fizičnega poslabšanja površine, saj je celoten postopek popolnoma kemični. Omogoča vam, da odstranite preostale napake v kristalni strukturi, zaradi česar bo površina blizu idealne.
Zadnji korak je poliranje, ki zgladi površino do hrapavosti, največ 3 nm. Poliranje se izvede z mešanico natrijevega hidroksida in granuliranega silicijevega dioksida.
Danes imajo rezine mikroprocesorjev premer 200 ali 300 mm, kar izdelovalcem čipov omogoča, da iz vsake rezine dobijo veliko procesorjev. Naslednji korak bodo 450 mm substrati, vendar jih pred letom 2013 ne gre pričakovati. Na splošno velja, da večji kot je premer substrata, več je mogoče izdelati žetonov enake velikosti. 300 mm rezina, na primer, daje več kot dvakrat več procesorjev kot 200 mm rezina.
Omenili smo že doping, ki se izvaja med rastjo posameznega kristala. Toda dopiranje se izvaja tako s končnim substratom kot med kasnejšimi fotolitografskimi postopki. To vam omogoča spreminjanje električnih lastnosti določenih območij in plasti in ne celotne strukture kristala.
Dodatek dodatka se lahko pojavi z difuzijo. Dopantni atomi zapolnijo prosti prostor znotraj kristalne mreže, med silicijevimi strukturami. V nekaterih primerih je obstoječa struktura lahko tudi dopirana. Difuzijo izvajamo s pomočjo plinov (dušik in argon) ali s pomočjo trdnih snovi ali drugih virov dopantov.
Drug pristop k dopingu je ionska implantacija, ki je zelo uporabna pri spreminjanju lastnosti dopiranega substrata, saj se ionska implantacija izvaja pri običajni temperaturi. Zato se obstoječe nečistoče ne razpršijo. Na podlago je mogoče nanesti masko, ki omogoča obdelavo le določenih območij. Seveda lahko dolgo časa govorimo o ionski implantaciji in razpravljamo o globini penetracije, aktivaciji aditivov pri visoki temperaturi, učinkih kanalov, prodiranju v nivoje oksidov itd., vendar to presega okvir našega članka. Postopek se lahko med izdelavo večkrat ponovi.
Za izdelavo odsekov integriranega vezja se uporablja postopek fotolitografije. Ker v tem primeru ni treba obsevati celotne površine podlage, je pomembna uporaba tako imenovanih mask, ki prenašajo visoko intenzivno sevanje le na določena področja. Maske lahko primerjamo s črno-belim negativom. Integrirana vezja imajo veliko plasti (20 ali več) in vsaka od njih zahteva svojo masko.
Na površino plošče iz kremenčevega stekla se nanese tanek kromirani film, da se ustvari predloga. Hkrati draga orodja z uporabo elektronskega žarka ali laserja zapišejo potrebne podatke integriranega vezja, zaradi česar dobimo vzorec kroma na površini kremenčevega substrata. Pomembno je razumeti, da vsaka sprememba integriranega vezja vodi v potrebo po izdelavi novih mask, zato je celoten postopek spreminjanja zelo drag. Za zelo zapletene sheme se maske ustvarjajo zelo dolgo.
S fotolitografijo se struktura oblikuje na silicijevem substratu. Postopek se večkrat ponovi, dokler ne nastane veliko slojev (več kot 20). Plasti so lahko sestavljene iz različnih materialov, poleg tega morate razmisliti tudi o povezavah z mikroskopskimi žicami. Vse plasti je mogoče legirati.
Pred začetkom postopka fotolitografije se substrat očisti in segreje, da se odstranijo lepljivi delci in voda. Podlago nato s posebno napravo premažemo s silicijevim dioksidom. Nato se na substrat nanese vezivno sredstvo, ki zagotavlja, da fotorezistentni material, ki bo nanešen v naslednjem koraku, ostane na substratu. Fotorezistentni material se nanese na sredino podlage, ki se nato začne vrteti z veliko hitrostjo, tako da se plast enakomerno porazdeli po celotni površini podlage. Nato se substrat ponovno segreje.
Prevleko nato obsevamo skozi masko s kvantnim laserjem, trdim ultravijoličnim sevanjem, rentgenskimi žarki, elektronskimi ali ionskimi žarki – vse te vire svetlobe ali energije je mogoče uporabiti. Elektronski žarki se uporabljajo predvsem za maske, rentgenske žarke in ionske žarke za raziskovalne namene, v industrijski proizvodnji pa danes prevladujejo trdo UV sevanje in plinski laserji.
Trdo UV sevanje z valovno dolžino 13,5 nm obseva fotorezistentni material, ko ta prehaja skozi masko.
Čas projekcije in fokus sta zelo pomembna za doseganje želenega rezultata. Slabo ostrenje bo povzročilo, da ostanejo dodatni delci fotorezistnega materiala, saj nekatere luknje v maski ne bodo pravilno obsevane. Enako se bo zgodilo, če je čas projekcije prekratek. Potem bo struktura fotorezistov preširoka, območja pod luknjami bodo premalo osvetljena. Po drugi strani pa pretiran čas projekcije ustvarja prevelika območja pod luknjami in preozko strukturo fotorezistov. Praviloma je zelo zamudno in težko prilagoditi in optimizirati proces. Neuspešna nastavitev bo povzročila resna odstopanja v povezovalnih vodnikih.
Posebna stopničasta projekcijska enota premakne substrat v želeni položaj. Nato je mogoče projicirati linijo ali en odsek, ki najpogosteje ustreza enemu procesorskemu čipu. Dodatne mikro nastavitve lahko povzročijo dodatne spremembe. Lahko odpravijo napake obstoječe tehnologije in optimizirajo proces. Mikroinštalacije običajno delujejo na površinah, manjših od 1 kvadratnih metrov. mm, medtem ko običajne inštalacije pokrivajo večje površine.
Substrat nato preide na novo stopnjo, kjer se oslabljen fotorezistni material odstrani, kar omogoča dostop do silicijevega dioksida. Obstajajo mokri in suhi postopki jedkanja, ki obdelajo področja silicijevega dioksida. Mokri postopki uporabljajo kemične spojine, medtem ko suhi postopki uporabljajo plin. Ločen postopek je odstranitev ostankov fotorezistnega materiala. Proizvajalci pogosto kombinirajo mokro in suho odstranjevanje, tako da se fotorezistni material popolnoma odstrani. To je pomembno, ker je fotorezistni material organski in, če ga ne odstranimo, lahko povzroči okvare na substratu. Po jedkanju in čiščenju lahko nadaljujete s pregledom podlage, ki se običajno zgodi v vsaki pomembni fazi, ali pa substrat prenesete v nov cikel fotolitografije.
Test substrata, montaža, pakiranje
Končane podlage testiramo na tako imenovanih krmilnih enotah sonde. Delujejo s celotnim substratom. Kontakti sonde so nameščeni na kontaktih vsakega kristala, kar omogoča izvajanje električnih testov. Programska oprema testira vse funkcije vsakega jedra.
Z izrezovanjem iz substrata lahko dobimo posamezna jedra. Na ta trenutek Krmilne enote sonde so že identificirale, kateri kristali vsebujejo napake, zato jih je po rezanju mogoče ločiti od dobrih. Prej so bili poškodovani kristali fizično označeni, zdaj to ni potrebno, vse informacije so shranjene v eni bazi podatkov.
Kristalni nosilec
Funkcionalno jedro je treba nato z lepilnim materialom prilepiti na paket procesorja.
Nato morate narediti žične povezave, ki povezujejo kontakte ali noge paketa in sam kristal. Uporabite lahko zlate, aluminijaste ali bakrene povezave.
Večina sodobnih procesorjev uporablja plastično embalažo s toplotnim razpršilnikom.
Običajno je jedro zavito v keramično ali plastično embalažo, da se prepreči poškodba. Sodobni procesorji so opremljeni s tako imenovanim toplotnim razpršilnikom, ki zagotavlja dodatno zaščito kristala, pa tudi veliko kontaktno površino s hladilnikom.
Testiranje procesorja
Zadnja faza vključuje testiranje procesorja, ki poteka pri povišanih temperaturah, v skladu s specifikacijami procesorja. Procesor se samodejno namesti v testno vtičnico, po kateri se analizirajo vse potrebne funkcije.
Proizvodnja mikročipov je zelo zahteven posel, bližino tega trga pa narekujejo predvsem posebnosti fotolitografske tehnologije, ki danes prevladuje. Mikroskopska elektronska vezja se preko fotomask projicira na silikonsko rezino, od katerih lahko vsaka stane do 200 000 $. Medtem je za izdelavo enega čipa potrebnih vsaj 50 takih mask. Če k temu dodamo še stroške "poskusov in napak" pri razvoju novih modelov, boste ugotovili, da lahko samo zelo velika podjetja proizvajajo procesorje v zelo velikih količinah.
Kaj pa znanstveni laboratoriji in visokotehnološki startupi, ki potrebujejo nestandardne sheme? Kaj pa vojska, za katero nakup procesorjev od »verjetnega sovražnika« milo rečeno ni comme il faut?
Obiskali smo rusko proizvodno mesto nizozemskega podjetja Mapper, zahvaljujoč kateremu proizvodnja mikrovezij lahko preneha biti vloga nebesnikov in se spremeni v poklic preprostih smrtnikov. No, skoraj preprosto. Tukaj, na ozemlju Technopolisa "Moskva", s finančno podporo korporacije "Rosnano" proizvajajo ključno komponento tehnologije Mapper - elektronsko-optični sistem.
Preden pa razumemo nianse litografije brez maske Mapper, se je vredno spomniti osnov običajne fotolitografije.
ogromna svetloba
Na sodoben procesor Intel Core i7 lahko vsebuje približno 2 milijardi tranzistorjev (odvisno od modela), od katerih je vsak velik 14 nm. V iskanju računalniške moči proizvajalci vsako leto zmanjšujejo velikost tranzistorjev in povečujejo njihovo število. Verjetna tehnološka meja v tej dirki je 5 nm: na takih razdaljah se začnejo pojavljati kvantni učinki, zaradi katerih se lahko elektroni v sosednjih celicah obnašajo nepredvidljivo.
Za odlaganje mikroskopskih polprevodniških struktur na silicijevo rezino se uporablja postopek, podoben delu s fotografskim povečevalnikom. Razen če je njegov cilj nasproten - narediti sliko čim manjšo. plošča (oz zaščitna folija) je prevlečen s fotorezistom, polimernim fotoobčutljivim materialom, ki spremeni svoje lastnosti, ko je izpostavljen svetlobi. Želeni vzorec čipa je izpostavljen fotorezistu skozi masko in konvergentno lečo. Tiskane plošče so običajno štirikrat manjše od mask.
Snovi, kot sta silicij ali germanij, imajo na svoji zunanji energijski ravni štiri elektrone. Tvorijo čudovite kristale, ki izgledajo kot kovina. Toda za razliko od kovine ne vodijo elektrika: vsi njihovi elektroni so vključeni v močne kovalentne vezi in se ne morejo premikati. Vse pa se spremeni, če jim dodamo malo donorske nečistoče iz snovi s petimi elektroni na zunanji ravni (fosfor ali arzen). Štirje elektroni vstopijo v vez s silicijem, eden pa ostane prost. Silicij z donorsko primesjo (n-tip) je dober prevodnik. Če siliciju dodamo akceptorsko nečistočo iz snovi s tremi elektroni na zunanji ravni (bor, indij), nastanejo na podoben način »luknje«, virtualni analog pozitivnega naboja. V tem primeru govorimo o polprevodniku p-tipa. S povezovanjem vodnikov p- in n-tipa dobimo diodo - polprevodniško napravo, ki prehaja tok samo v eno smer. Kombinacija p-n-p ali n-p-n nam daje tranzistor - tok teče skozi njega le, če je na sredinski prevodnik priložena določena napetost.
Difrakcija svetlobe se temu procesu prilagodi: žarek, ki prehaja skozi luknje maske, se rahlo lomi in namesto ene točke je izpostavljena serija koncentričnih krogov, kot bi iz kamna, vrženega v tolmun. Na srečo je difrakcija obratno povezana z valovno dolžino, kar inženirji uporabljajo pri ultravijolični svetlobi z valovno dolžino 195 nm. Zakaj ne še manj? Samo krajšega vala konvergentna leča ne bo lomila, žarki bodo šli skozi, ne da bi bili fokusirani. Prav tako je nemogoče povečati sposobnost zbiranja leče - sferična aberacija ne bo dovolila: vsak žarek bo prešel optično os na svoji točki, kar bo motilo fokus.
Največja širina konture, ki jo je mogoče prikazati s fotolitografijo, je 70 nm. Čipi višje ločljivosti se natisnejo v več korakih: nanesejo se 70nm obrisi, vezje je jedkano, nato pa je naslednji del izpostavljen skozi novo masko.
Trenutno je v razvoju tehnologija globoke ultravijolične fotolitografije, ki uporablja svetlobo z ekstremno valovno dolžino približno 13,5 nm. Tehnologija vključuje uporabo vakuumskih in večplastnih ogledal z odsevom, ki temelji na interferenci med sloji. Maska tudi ne bo prosojna, temveč odsevni element. Ogledala so brez pojava loma, zato lahko delujejo s svetlobo katere koli valovne dolžine. Toda za zdaj je to le koncept, ki bi ga lahko uporabili v prihodnosti.
Kako se danes izdelujejo procesorji
Popolnoma polirana okrogla silikonska rezina s premerom 30 cm je prevlečena s tanko plastjo fotorezista. Centrifugalna sila pomaga enakomerno porazdeliti fotorezist.
Prihodnje vezje je izpostavljeno fotorezistu skozi masko. Ta postopek se večkrat ponovi, saj se iz ene plošče dobi veliko čipov.
Del fotorezista, ki je bil izpostavljen ultravijoličnemu sevanju, postane topen in ga je mogoče enostavno odstraniti s kemikalijami.
Območja silicijeve rezine, ki niso zaščitena s fotorezistom, so podvržena kemičnemu jedkanju. Na njihovem mestu se oblikujejo depresije.
Na ploščo se ponovno nanese plast fotorezista. Tokrat izpostavljenost izpostavi tista področja, ki bodo podvržena ionskemu bombardiranju.
Pod vplivom električnega polja se ioni nečistoč pospešijo do hitrosti več kot 300.000 km/h in prodrejo v silicij, kar mu daje lastnosti polprevodnika.
Po odstranitvi ostankov fotorezista na plošči ostanejo končni tranzistorji. Na vrhu se nanese dielektrični sloj, v katerega so po isti tehnologiji jedkane luknje za kontakte.
Ploščo položimo v raztopino bakrovega sulfata in nanjo z elektrolizo nanesemo prevodno plast. Nato se z mletjem odstrani celoten sloj, kontakti v luknjah pa ostanejo.
Kontakti so povezani z večnadstropno mrežo kovinskih "žic". Število "nadstropij" je lahko do 20, celoten diagram ožičenja pa se imenuje arhitektura procesorja.
Šele zdaj je plošča razžagana na številne posamezne žetone. Vsak "kristal" je testiran in šele nato nameščen na ploščo s kontakti in pokrit s srebrnim pokrovom radiatorja.
13.000 televizorjev
Elektrolitografija velja za alternativo fotolitografiji, ko je izpostavljena ne svetlobi, ampak elektronom in ne foto-, ampak elektrouporu. Elektronski žarek se zlahka osredotoči na točko najmanjše velikosti, do 1 nm. Tehnologija je podobna televizijski katodni cevi: osredotočen tok elektronov odbijajo kontrolne tuljave in narišejo sliko na silikonski rezini.
Do nedavnega se ta tehnologija zaradi nizke hitrosti ni mogla kosati s tradicionalno metodo. Da se elektroupor odzove na obsevanje, mora sprejeti določeno število elektronov na enoto površine, tako da lahko en žarek izpostavi največ 1 cm2 / h. To je sprejemljivo za posamezna naročila iz laboratorijev, ni pa uporabna v industriji.
Žal je težave nemogoče rešiti s povečanjem energije žarka: kot naboji se odbijajo, tako da se tok poveča, elektronski žarek postane širši. Lahko pa povečate število žarkov tako, da izpostavite več con hkrati. In če jih je več 13.000, kot v tehnologiji Mapper, potem je po izračunih že mogoče natisniti deset polnopravnih čipov na uro.
Seveda bi bilo nemogoče združiti 13.000 katodnih cevi v eni napravi. V primeru Mapper je sevanje iz vira usmerjeno v kolimatorsko lečo, ki tvori širok vzporedni elektronski žarek. Na poti ji stoji matrica zaslonke, ki jo spremeni v 13.000 posameznih žarkov. Žarki prehajajo skozi slepo matriko, silikonsko rezino s 13.000 luknjami. V bližini vsakega od njih je odklonska elektroda. Če se nanj pritegne tok, elektroni "zgrešijo" mimo svoje luknje in eden od 13.000 žarkov se izklopi.
Po prehodu blažilnikov se žarki pošljejo v matrico deflektorjev, od katerih lahko vsak odkloni svoj žarek za nekaj mikronov v desno ali levo glede na gibanje plošče (tako je Mapper še vedno podoben 13.000 kineskopom). Na koncu je vsak žarek dodatno fokusiran z lastno mikrolečo, nato pa se usmeri na elektroupor. Do danes je bila tehnologija Mapper preizkušena na francoskem raziskovalnem inštitutu za mikroelektroniko CEA-Leti in pri TSMC, ki proizvaja mikroprocesorje za vodilne akterje na trgu (vključno z Apple iPhone 6S). Ključne komponente sistema, vključno s silikonskimi elektronskimi lečami, izdelujejo v moskovski tovarni.
Tehnologija Mapper obljublja nove možnosti ne le za raziskovalne laboratorije in male (vključno z vojaško) industrijo, temveč tudi za velike akterje. Trenutno morate za testiranje prototipov novih procesorjev izdelati popolnoma enake fotomaske kot za množično proizvodnjo. Sposobnost sorazmerno hitrega prototipa vezij obljublja ne le zmanjšanje stroškov razvoja, ampak tudi pospešitev napredka na tem področju. Kar na koncu koristi množičnemu potrošniku elektronike, torej vsem nam.
iPhone je onemogočil povezavo z iTunes - rešitev
Če tablica zamrzne, kaj naj storim, da jo vrnem v "življenje"?
Kaj je razširitev datoteke CDR?