Як виготовляється процесор
Пісок кремній, після кисню, є найпоширенішим хімічним елементом в земній корі (25% по масі). Пісок, а особливо кварц, містить великий відсоток діоксиду кремнію (SiO2), який є базовим інгредієнтом для виробництва напівпровідників.
Після видобутку піску відбувається очищення кремнію від домішок - кремній очищається в кілька етапів, щоб досягти достатньої якості для виробництва напівпровідників - його називають кремній напівпровідникової чистоти. Він настільки очищений від домішок, що допускається тільки один чужорідний атом на кожен мільярд атомів кремнію. Після процесу очищення починається фаза плавлення кремнію. На малюнку нижче можна бачити великий кристал, який із розплавленого очищеного кремнію.
Отримана болванка монокристалла важить близько 100 кілограм, чистота кремнію становить 99,9999 відсотків.
Потім болванка переходить на стадію пиляння, коли з неї вирізують тонкі окремі диски кремнію, звані підкладками. До речі, деякі болванки бувають вище півтора метрів. Монокристали вирощують різного діаметру - все залежить від потрібного діаметра підкладок. Сьогодні процесори виготовляються, як правило, з 300-мм підкладок.
Після вирізання підкладки поліруються, поки їх поверхня не досягне дзеркально гладкого стану. Intel не виробляє підкладки та болванки самостійно, натомість закуповуючи підкладки у сторонніх компаній. Покращений 45-нм техпроцес High-K / Metal Gate у Intel має на увазі використання підкладок діаметром 300 мм (або 12 дюймів). Коли Intel вперше зайнялася виробництвом чіпів, то використовувалися підкладки діаметром 50 мм (2 дюйми). Сьогодні Intel використовує 300-мм підкладки, що дозволяє знизити вартість виготовлення чіпів.
Блакитна рідина, формує Фоторезістівний шар, на зразок того, що використовується в фотоплівці. Підкладка під час нанесення рідини обертається, що дозволяє отримати рівномірне покриття.
Потім підкладка з фоторезистивной шаром піддається опроміненню ультрафіолетом. Хімічна реакція, яка відбувається в шарі під впливом ультрафіолету, дуже схожа на реакцію в плівці, коли ви клацаєте затвором фотоапарата.
Області фоторезистивной матеріалу підкладки, які зазнали опромінення ультрафіолетом, стають розчинними. Опромінення частин підкладки відбувається за допомогою спеціальної маски, яка працює трафаретом. Під ультрафіолетовим випромінюванням маски дозволяють створювати різні структурні області мікрочіпа. Під час виробництва процесора цей етап повторюється в міру нанесення шарів один на одного. Лінза (в середині) зменшує маску до невеликої фокусної області. У підсумку "відбиток" на підкладці зазвичай в чотири рази менше (лінійно), ніж трафарет маски. Після опромінення ультрафіолетом блакитний Фоторезістівний шар, на який потрапило випромінювання, повністю розчиняється спеціальною рідиною. В результаті залишаються ділянки шару, закриті маскою. Це самий початок нанесення транзисторів, межсоединений і інших ділянок електричного кола процесора.
Фоторезістівний шар захищає матеріали підкладки, які не повинні бути витравлені. А опромінені області витравлюються за допомогою хімікатів.
Після травлення віддаляється і Фоторезістівний шар, після чого стає видна необхідна форма.
Потім знову наноситься шар фоторезистивной матеріалу, і знову відбувається опромінення ультрафіолетом через маску. Потім опромінених Фоторезістівний шар знову змивається і починається інший процес, званий іонним легуванням. На даному етапі ділянки підкладки збагачуються іонами, в результаті чого кремній змінює свої фізичні властивості, дозволяючи процесору управляти потоками електричного струму.
Під час впровадження іонів (частина процесу іонного легування) відкриті області кремнієвої підкладки бомбардуються потоками іонів. Іони проникають в кремній, після чого якраз змінюють властивості провідності ділянки кремнієвої підкладки. Іони стикаються з підкладкою на дуже високій швидкості. Електричне поле прискорює іони до швидкості більше 300 000 км / ч.
Після впровадження іонів Фоторезістівний шар видаляється, а матеріал, що піддався легування (зелений) тепер насичений чужорідними атомами.
Транзистор все ближче до свого завершення. На изолирующем шарі над транзистором (фіолетовий) витравлюються три області. Три цих отвори будуть заповнені міддю, яка дозволить проводити електричні з'єднання з іншими транзисторами.
Підкладки на цьому етапі занурюються в шар сульфату міді. Іони міді осідають на транзистор через процес, званий гальванопокриттям. Мідні іони проходять від позитивного електрода (анод) до негативного електроду (катод), яким якраз і є підкладка.
Іони міді осідають у вигляді тонкого шару на поверхні підкладки. Потім відбувається полірування, і зайва мідь видаляється з поверхні.
Нанесення металу відбувається в кілька етапів, що дозволяє створювати межсоединения (їх можна представити як з'єднувальні дроти) між окремими транзисторами. Розкладка таких межсоединений визначається архітектурою мікропроцесора, вірніше, командою розробників, відповідальних за той чи інший процесор (наприклад, Intel Core i7). Хоча комп'ютерний процесор здається дуже плоским, але насправді він може складатися з більш ніж 20 шарів.
На ілюстрації ділянку готовий підкладки проходить перший тест функціональності. На даному етапі тестові проби підводяться до кожного чіпу, після чого оцінюються відповідні сигнали чіпа і порівнюються з правильними.
Після того, як тести визначать, що підкладка містить достатню кількість правильно функціонуючих блоків, її розрізають на частини (кристали). Кристали, які пройшли тести, перейдуть на наступний крок упаковки. Погані кристали відбраковуються. Кілька років тому Intel навіть випустила брелоки з поганих кристалів процесора.
Підкладка, кристал і розподільник тепла з'єднуються разом, щоб сформувати готовий процесор. Зелена підкладка забезпечує механічний і електричний інтерфейс процесора з рештою системи. Сріблястий розподільник тепла є тепловим інтерфейсом з кольором. Він охолоджує кристал під час роботи.
Під час фінального тесту процесори перевіряються за ключовими характеристиками (серед них присутній тепловиділення і максимальна частота). За результатами тестів процесори з однаковими характеристиками складаються в одні лотки.