Pengeluaran litar mikro adalah perkara yang sangat sukar, dan penutupan pasaran ini ditentukan terutamanya oleh ciri-ciri teknologi fotolitografi yang dominan hari ini. Litar elektronik mikroskopik ditayangkan ke wafer silikon melalui topeng foto, kos setiap satunya boleh mencecah $200,000. Sementara itu, sekurang-kurangnya 50 topeng sedemikian diperlukan untuk membuat satu cip. Tambahkan pada ini kos "percubaan dan kesilapan" semasa membangunkan model baharu, dan anda akan faham bahawa hanya syarikat yang sangat besar boleh menghasilkan pemproses dalam kuantiti yang sangat besar.

Apakah yang perlu dilakukan oleh makmal saintifik dan syarikat permulaan berteknologi tinggi yang memerlukan reka bentuk bukan standard? Apa yang perlu kita lakukan untuk tentera, yang membeli pemproses daripada "musuh yang mungkin", secara sederhana, bukan comme il faut?

Kami melawat tapak pengeluaran Rusia syarikat Belanda Mapper, yang mana pengeluaran litar mikro boleh berhenti menjadi banyak angkasa dan bertukar menjadi aktiviti untuk manusia semata-mata. Nah, atau hampir mudah. Di sini, di wilayah Moscow Technopolis, dengan sokongan kewangan Rusnano Corporation, komponen utama teknologi Mapper dihasilkan - sistem elektron-optik.

Walau bagaimanapun, sebelum memahami nuansa litografi tanpa topeng Mapper, adalah wajar mengingati asas fotolitografi konvensional.

Cahaya Kekok

Pada pemproses moden Intel Core i7 boleh memuatkan kira-kira 2 bilion transistor (bergantung kepada model), yang setiap satunya bersaiz 14 nm. Dalam mengejar kuasa pengkomputeran Pengilang setiap tahun mengurangkan saiz transistor dan meningkatkan bilangannya. Had teknologi yang mungkin dalam perlumbaan ini boleh dianggap 5 nm: pada jarak sedemikian kesan kuantum mula muncul, kerana elektron dalam sel jiran boleh berkelakuan tidak dapat diramalkan.

Untuk mendepositkan struktur semikonduktor mikroskopik pada wafer silikon, mereka menggunakan proses yang serupa dengan menggunakan pembesar fotografi. Melainkan matlamatnya adalah sebaliknya - untuk menjadikan imej sekecil mungkin. Plat (atau filem pelindung) ditutup dengan photoresist - bahan fotosensitif polimer yang mengubah sifatnya apabila disinari dengan cahaya. Corak cip yang diperlukan terdedah kepada photoresist melalui topeng dan kanta pengumpul. Wafer yang dicetak biasanya empat kali lebih kecil daripada topeng.

Bahan seperti silikon atau germanium mempunyai empat elektron dalam tahap tenaga luarnya. Mereka membentuk kristal cantik yang kelihatan seperti logam. Tetapi, tidak seperti logam, mereka tidak mengalirkan elektrik: semua elektron mereka terlibat dalam ikatan kovalen yang kuat dan tidak boleh bergerak. Walau bagaimanapun, segala-galanya berubah jika anda menambah kepada mereka sedikit kekotoran penderma daripada bahan dengan lima elektron di peringkat luar (fosforus atau arsenik). Empat elektron terikat dengan silikon, meninggalkan satu bebas. Silikon dengan kekotoran penderma (jenis-n) adalah konduktor yang baik. Jika anda menambah kekotoran penerima daripada bahan dengan tiga elektron pada paras luar (boron, indium) kepada silikon, "lubang" terbentuk dengan cara yang sama, analog maya cas positif. Dalam kes ini, kita bercakap tentang semikonduktor jenis p. Dengan menyambungkan konduktor jenis p dan n, kami mendapat diod - peranti semikonduktor yang menghantar arus hanya dalam satu arah. gabungan p-n-p atau n-p-n memberi kita transistor - arus mengalir melaluinya hanya jika voltan tertentu dikenakan pada konduktor pusat.

Belauan cahaya membuat pelarasan sendiri pada proses ini: rasuk, melalui lubang topeng, dibiaskan sedikit, dan bukannya satu titik, satu siri bulatan sepusat terdedah, seolah-olah dari batu yang dilemparkan ke dalam kolam. . Nasib baik, pembelauan berkait songsang dengan panjang gelombang, itulah yang dimanfaatkan oleh jurutera dengan menggunakan cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang 195 nm. Mengapa tidak lebih sedikit? Cuma gelombang yang lebih pendek tidak akan dibiaskan oleh kanta pengumpul, sinaran akan melalui tanpa memfokuskan. Ia juga mustahil untuk meningkatkan keupayaan pengumpulan kanta - penyimpangan sfera tidak akan membenarkannya: setiap sinar akan melalui paksi optik pada titiknya sendiri, mengganggu pemfokusan.

Lebar kontur maksimum yang boleh diimej menggunakan fotolitografi ialah 70 nm. Cip resolusi lebih tinggi dicetak dalam beberapa langkah: kontur 70-nanometer digunakan, litar terukir, dan kemudian bahagian seterusnya didedahkan melalui topeng baharu.

Pada masa ini dalam pembangunan adalah teknologi fotolitografi ultraungu yang mendalam, menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang melampau kira-kira 13.5 nm. Teknologi ini melibatkan penggunaan cermin vakum dan multilayer dengan pantulan berdasarkan gangguan interlayer. Topeng juga tidak akan menjadi lut sinar, tetapi elemen reflektif. Cermin bebas daripada fenomena pembiasan, jadi ia boleh berfungsi dengan cahaya pada sebarang panjang gelombang. Tetapi buat masa ini ini hanyalah satu konsep yang mungkin digunakan pada masa hadapan.

Bagaimana pemproses dibuat hari ini

Wafer silikon bulat yang digilap sempurna dengan diameter 30 cm disalut dengan lapisan nipis photoresist. Daya emparan membantu mengagihkan photoresist secara sama rata.

Litar masa depan terdedah kepada photoresist melalui topeng. Proses ini diulang berkali-kali kerana banyak cip dihasilkan daripada satu wafer.

Bahagian photoresist yang telah terdedah kepada sinaran ultraungu menjadi larut dan mudah dikeluarkan menggunakan bahan kimia.

Kawasan wafer silikon yang tidak dilindungi oleh photoresist terukir secara kimia. Di tempat mereka, kemurungan terbentuk.

Lapisan photoresist sekali lagi digunakan pada wafer. Kali ini, pendedahan mendedahkan kawasan yang akan dikenakan pengeboman ion.

Di bawah pengaruh medan elektrik, ion kekotoran memecut ke kelajuan lebih daripada 300,000 km/j dan menembusi silikon, memberikannya sifat semikonduktor.

Selepas mengeluarkan fotoresist yang tinggal, transistor siap kekal pada wafer. Lapisan dielektrik digunakan di atas, di mana lubang untuk sesentuh terukir menggunakan teknologi yang sama.

Plat diletakkan dalam larutan kuprum sulfat dan lapisan konduktif digunakan padanya menggunakan elektrolisis. Kemudian seluruh lapisan dikeluarkan dengan mengisar, tetapi kenalan di lubang kekal.

Kenalan disambungkan oleh rangkaian "wayar" logam berbilang tingkat. Bilangan "lantai" boleh mencapai 20, dan gambarajah pendawaian keseluruhan dipanggil seni bina pemproses.

Cuma sekarang pinggan itu digergaji menjadi banyak kerepek individu. Setiap "kristal" diuji dan hanya kemudian dipasang pada papan dengan sesentuh dan ditutup dengan penutup radiator perak.

13,000 TV

Alternatif kepada fotolitografi ialah elektrolitografi, apabila pendedahan dibuat bukan oleh cahaya, tetapi oleh elektron, dan bukan oleh photo-resist, tetapi oleh electroresist. Rasuk elektron mudah difokuskan ke titik saiz minimum, hingga 1 nm. Teknologi ini serupa dengan tiub sinar katod pada televisyen: aliran elektron terfokus dipesongkan oleh gegelung kawalan, melukis imej pada wafer silikon.

Sehingga baru-baru ini, teknologi ini tidak dapat bersaing dengan kaedah tradisional kerana kelajuannya yang rendah. Agar elektroresis bertindak balas kepada penyinaran, ia mesti menerima bilangan elektron tertentu per unit luas, jadi satu rasuk boleh mendedahkan pada 1 cm2/j yang terbaik. Ini boleh diterima untuk pesanan tunggal daripada makmal, tetapi tidak boleh digunakan dalam industri.

Malangnya, adalah mustahil untuk menyelesaikan masalah dengan meningkatkan tenaga rasuk: seperti cas menolak satu sama lain, jadi apabila arus meningkat, rasuk elektron menjadi lebih luas. Tetapi anda boleh meningkatkan bilangan sinar dengan mendedahkan beberapa zon pada masa yang sama. Dan jika beberapa adalah 13,000, seperti dalam teknologi Mapper, maka, mengikut pengiraan, adalah mungkin untuk mencetak sepuluh cip penuh sejam.

Sudah tentu, menggabungkan 13,000 tiub sinar katod ke dalam satu peranti adalah mustahil. Dalam kes Mapper, sinaran dari sumber diarahkan ke kanta kolimator, yang membentuk pancaran elektron selari lebar. Di laluannya terdapat matriks apertur, yang mengubahnya menjadi 13,000 sinar individu. Rasuk melalui matriks blanker - wafer silikon dengan 13,000 lubang. Elektrod pesongan terletak berhampiran setiap satu daripadanya. Jika arus dikenakan padanya, elektron "terlepas" lubangnya dan salah satu daripada 13,000 pancaran dimatikan.

Selepas melepasi blankers, sinaran diarahkan ke matriks deflektor, setiap satunya boleh memesongkan rasuknya beberapa mikron ke kanan atau kiri berbanding dengan pergerakan plat (jadi Mapper masih menyerupai 13,000 tiub gambar). Akhir sekali, setiap rasuk difokuskan lagi oleh lensa mikronya sendiri dan kemudian diarahkan ke elektroresist. Sehingga kini Teknologi Mapper telah diuji di institut penyelidikan mikroelektronik Perancis CEA-Leti dan di TSMC, yang menghasilkan mikropemproses untuk pemain pasaran terkemuka (termasuk Apple iPhone 6S). Komponen utama sistem, termasuk kanta elektronik silikon, dihasilkan di kilang Moscow.

Teknologi Mapper menjanjikan prospek baharu bukan sahaja untuk makmal penyelidikan dan pengeluaran berskala kecil (termasuk tentera), tetapi juga untuk pemain besar. Pada masa ini, untuk menguji prototaip pemproses baharu, adalah perlu untuk membuat topeng foto yang sama seperti untuk pengeluaran besar-besaran. Keupayaan untuk prototaip litar dengan agak cepat menjanjikan bukan sahaja mengurangkan kos pembangunan, tetapi juga mempercepatkan kemajuan dalam bidang tersebut. Yang akhirnya memberi manfaat kepada pengguna massa elektronik, iaitu kita semua.

Akar gaya hidup digital kami pastinya datang daripada semikonduktor, yang telah membolehkan penciptaan cip pengkomputeran berasaskan transistor yang kompleks. Mereka menyimpan dan memproses data, yang merupakan asas mikropemproses moden. Semikonduktor yang diperbuat daripada pasir hari ini ialah komponen utama hampir semua orang peranti elektronik, daripada komputer kepada komputer riba dan telefon bimbit. Malah kereta kini tidak boleh hidup tanpa semikonduktor dan elektronik, kerana semikonduktor mengawal sistem penghawa dingin, proses suntikan bahan api, penyalaan, bumbung matahari, cermin dan juga stereng (BMW Active Steering). Hari ini, hampir semua peranti yang menggunakan tenaga dibina pada semikonduktor.

Mikropemproses tidak syak lagi antara produk semikonduktor yang paling kompleks, dengan bilangan transistor tidak lama lagi akan mencecah satu bilion dan julat fungsi sudah menakjubkan hari ini. Pemproses teras dwi-teras 2 tidak lama lagi akan dikeluarkan pada teknologi proses 45 nm Intel yang hampir siap, dan ia sudah pun mengandungi 410 juta transistor (walaupun kebanyakannya akan digunakan untuk cache 6 MB L2). Proses 45nm dinamakan untuk saiz transistor tunggal, yang kini kira-kira 1,000 kali lebih kecil daripada diameter rambut manusia. Pada tahap tertentu, inilah sebabnya mengapa elektronik mula mengawal segala-galanya dalam kehidupan kita: walaupun saiz transistor lebih besar, ia adalah sangat murah untuk menghasilkan litar mikro yang tidak begitu kompleks, bajet untuk transistor adalah sangat besar.

Dalam artikel kami, kami akan melihat asas pengeluaran mikropemproses, tetapi kami juga akan menyentuh sejarah pemproses, seni bina dan mempertimbangkan produk yang berbeza Di pasaran. Anda boleh mencari banyak di Internet maklumat menarik, beberapa disenaraikan di bawah.

• Wikipedia: Mikropemproses. Artikel ini membincangkan pelbagai jenis pemproses dan menyediakan pautan kepada pengilang dan halaman tambahan Wiki khusus untuk pemproses.
• Wikipedia: Mikropemproses (Kategori). Lihat bahagian mengenai mikropemproses untuk mendapatkan lebih banyak pautan dan maklumat.

Pesaing PC: AMD dan Intel

Ibu pejabat Advanced Micro Devices Inc., yang diasaskan pada tahun 1969, terletak di Sunnyvale, California, dan "jantung" Intel, yang ditubuhkan hanya setahun sebelum ini, terletak beberapa kilometer jauhnya di bandar Santa Clara. AMD hari ini mempunyai dua kilang: di Austin (Texas, Amerika Syarikat) dan di Dresden (Jerman). Kilang baharu itu akan mula beroperasi tidak lama lagi. Selain itu, AMD telah bergabung tenaga dengan IBM dalam pembangunan dan pembuatan teknologi pemproses. Sudah tentu, ini semua adalah sebahagian kecil daripada saiz Intel, kerana peneraju pasaran kini mengendalikan hampir 20 kilang di sembilan lokasi. Kira-kira separuh daripadanya digunakan untuk menghasilkan mikropemproses. Jadi apabila anda membandingkan AMD dan Intel, ingat bahawa anda sedang membandingkan David dan Goliath.

Intel mempunyai kelebihan yang tidak dapat dinafikan dalam bentuk kapasiti pengeluaran yang besar. Ya, syarikat hari ini adalah peneraju dalam pelaksanaan proses teknologi canggih. Intel adalah kira-kira setahun lebih awal daripada AMD dalam hal ini. Akibatnya, Intel boleh menggunakan dalam pemprosesnya bilangan yang lebih besar transistor dan isipadu yang lebih besar cache. AMD, tidak seperti Intel, perlu mengoptimumkan proses teknikalnya secekap mungkin untuk bersaing dengan pesaingnya dan menghasilkan pemproses yang baik. Sudah tentu, reka bentuk pemproses dan seni binanya sangat berbeza, tetapi proses pembuatan teknikal dibina berdasarkan prinsip asas yang sama. Walaupun, sudah tentu, terdapat banyak perbezaan di dalamnya.

Pembuatan mikropemproses

Pengeluaran mikropemproses terdiri daripada dua peringkat penting. Yang pertama ialah pengeluaran substrat, yang dijalankan oleh AMD dan Intel di kilang mereka. Ini termasuk memberikan sifat konduktif kepada substrat. Peringkat kedua ialah ujian substrat, pemasangan dan pembungkusan pemproses. Operasi terakhir biasanya dilakukan dalam masa kurang negara mahal. Jika anda melihat pemproses Intel, anda akan menemui inskripsi bahawa pembungkusan itu dijalankan di Costa Rica, Malaysia, Filipina, dll.

AMD dan Intel hari ini cuba mengeluarkan produk untuk bilangan maksimum segmen pasaran, lebih-lebih lagi, berdasarkan julat kristal minimum yang mungkin. Satu contoh yang baik ialah barisan pemproses Intel Core 2 Duo. Terdapat tiga pemproses di sini dengan nama kod untuk pasaran yang berbeza: Merom untuk aplikasi mudah alih, Conroe - versi desktop, Woodcrest - versi pelayan. Ketiga-tiga pemproses dibina atas dasar teknologi yang sama, yang membolehkan pengeluar membuat keputusan pada peringkat akhir pengeluaran. Anda boleh mendayakan atau melumpuhkan ciri, dan tahap kelajuan jam semasa memberikan Intel peratusan kristal yang boleh digunakan yang sangat baik. Jika permintaan pasaran untuk pemproses mudah alih telah meningkat, Intel mungkin menumpukan pada mengeluarkan model Socket 479. model desktop, maka syarikat akan menguji, mengesahkan dan membungkus cip untuk Socket 775, manakala pemproses pelayan dibungkus untuk Socket 771. Malah pemproses quad-core dicipta dengan cara ini: dua cip dwi-teras dipasang dalam satu pakej, jadi kami mendapat empat teras .

Bagaimana cip dicipta

Pengeluaran cip melibatkan penyimpanan lapisan nipis dengan "corak" kompleks ke substrat silikon. Pertama, lapisan penebat dicipta yang bertindak sebagai pintu elektrik. Bahan photoresist kemudian digunakan di atas, dan kawasan yang tidak diingini dikeluarkan menggunakan topeng dan penyinaran intensiti tinggi. Apabila kawasan yang disinari dikeluarkan, kawasan silikon dioksida di bawahnya akan terdedah, yang dikeluarkan dengan mengetsa. Selepas ini, bahan photoresist juga dikeluarkan, dan kami memperoleh struktur tertentu pada permukaan silikon. Proses fotolitografi tambahan kemudiannya dijalankan, dengan bahan yang berbeza, sehingga struktur tiga dimensi yang dikehendaki diperolehi. Setiap lapisan boleh didop dengan bahan atau ion tertentu, mengubah sifat elektrik. Tingkap dicipta dalam setiap lapisan supaya sambungan logam kemudiannya boleh dibuat.

Bagi pengeluaran substrat, ia mesti dipotong daripada satu silinder monohablur menjadi "pancake" nipis supaya ia kemudiannya boleh dipotong dengan mudah menjadi cip pemproses individu. Pada setiap langkah pengeluaran, ujian kompleks dilakukan untuk menilai kualiti. Probe elektrik digunakan untuk menguji setiap cip pada substrat. Akhirnya, substrat dipotong menjadi teras individu, dan teras yang tidak berfungsi segera dihapuskan. Bergantung pada ciri-ciri, teras menjadi satu atau pemproses lain dan dibungkus dalam pakej yang memudahkan pemasangan pemproses pada papan induk. Semua unit berfungsi menjalani ujian tekanan intensif.

Semuanya bermula dengan substrat

Langkah pertama dalam pembuatan pemproses dilakukan di dalam bilik bersih. Dengan cara ini, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa pengeluaran berteknologi tinggi itu mewakili pengumpulan modal yang besar meter persegi. Pembinaan kilang moden dengan semua peralatan dengan mudah menelan kos 2-3 bilion dolar, dan ujian teknologi baharu memerlukan beberapa bulan. Barulah kilang itu boleh menghasilkan pemproses secara besar-besaran.

Secara umumnya, proses pembuatan cip terdiri daripada beberapa langkah pemprosesan wafer. Ini termasuk penciptaan substrat itu sendiri, yang akhirnya akan dipotong menjadi kristal individu.

Semuanya bermula dengan menumbuhkan kristal tunggal, yang mana kristal benih tertanam dalam mandi silikon cair, yang terletak tepat di atas takat lebur silikon polihabluran. Adalah penting bahawa kristal tumbuh dengan perlahan (kira-kira sehari) untuk memastikan lokasi yang betul atom. Polikristalin atau silikon amorf terdiri daripada banyak kristal yang berbeza, yang akan membawa kepada kemunculan struktur permukaan yang tidak diingini dengan sifat elektrik yang lemah. Sebaik sahaja silikon cair, ia boleh didop dengan bahan lain yang mengubah sifat elektriknya. Keseluruhan proses berlaku di dalam bilik tertutup dengan komposisi udara khas supaya silikon tidak teroksida.

Kristal tunggal dipotong menjadi "pancake" menggunakan gergaji lubang berlian, yang sangat tepat dan tidak menimbulkan penyelewengan besar pada permukaan substrat. Sudah tentu, permukaan substrat masih tidak rata dengan sempurna, jadi operasi tambahan diperlukan.

Pertama, menggunakan plat keluli berputar dan bahan yang melelas (seperti aluminium oksida), lapisan tebal dikeluarkan daripada substrat (proses yang dipanggil lapping). Akibatnya, penyelewengan dalam julat saiz dari 0.05 mm hingga lebih kurang 0.002 mm (2,000 nm) dihapuskan. Kemudian anda harus membulatkan tepi setiap sandaran, kerana tepi yang tajam boleh menyebabkan lapisan terkelupas. Seterusnya, proses etsa digunakan, apabila menggunakan pelbagai bahan kimia (asid hidrofluorik, asid asetik, asid nitrik) permukaannya dilicinkan kira-kira 50 mikron. Permukaan tidak terdegradasi secara fizikal kerana keseluruhan proses adalah kimia sepenuhnya. Ia membolehkan anda membuang baki ralat dalam struktur kristal, menghasilkan permukaan yang hampir ideal.

Langkah terakhir ialah menggilap, yang melicinkan permukaan kepada kekasaran maksimum 3 nm. Penggilapan dijalankan menggunakan campuran natrium hidroksida dan silika berbutir.

Hari ini, wafer mikropemproses berdiameter 200mm atau 300mm, membolehkan pembuat cip menghasilkan berbilang pemproses daripada setiap satu. Langkah seterusnya ialah substrat 450mm, tetapi kita tidak sepatutnya mengharapkannya sebelum 2013. Secara umum, lebih besar diameter substrat, lebih banyak cip dengan saiz yang sama boleh dihasilkan. Wafer 300mm, contohnya, menghasilkan lebih daripada dua kali lebih banyak pemproses berbanding wafer 200mm.

Kami telah menyebut doping, yang dilakukan semasa pertumbuhan kristal tunggal. Tetapi doping dilakukan dengan substrat siap dan kemudian semasa proses fotolitografi. Ini membolehkan anda menukar sifat elektrik kawasan dan lapisan tertentu, dan bukan keseluruhan struktur kristal

Penambahan dopan boleh berlaku melalui resapan. Atom dopan mengisi ruang kosong di dalam kekisi kristal, di antara struktur silikon. Dalam sesetengah kes, adalah mungkin untuk mengaitkan struktur sedia ada. Resapan dijalankan menggunakan gas (nitrogen dan argon) atau menggunakan pepejal atau sumber bahan pengaloi lain.

Satu lagi pendekatan untuk doping ialah implantasi ion, yang sangat berguna dalam mengubah sifat substrat yang telah didop, kerana implantasi ion dijalankan pada suhu biasa. Oleh itu, kekotoran sedia ada tidak meresap. Anda boleh menggunakan topeng pada substrat, yang membolehkan anda memproses hanya kawasan tertentu. Sudah tentu, kita boleh bercakap tentang implantasi ion untuk masa yang lama dan membincangkan kedalaman penembusan, pengaktifan bahan tambahan apabila suhu tinggi, kesan saluran, penembusan ke paras oksida, dsb., tetapi ini di luar skop artikel kami. Prosedur ini boleh diulang beberapa kali semasa pengeluaran.

Untuk membuat bahagian litar bersepadu, proses fotolitografi digunakan. Oleh kerana tidak perlu menyinari seluruh permukaan substrat, adalah penting untuk menggunakan topeng yang dipanggil yang menghantar sinaran intensiti tinggi hanya ke kawasan tertentu. Topeng boleh dibandingkan dengan negatif hitam dan putih. Litar bersepadu mempunyai banyak lapisan (20 atau lebih), dan setiap daripadanya memerlukan topengnya sendiri.

Struktur filem krom nipis digunakan pada permukaan plat kaca kuarza untuk mencipta corak. Dalam kes ini, instrumen mahal yang menggunakan pancaran elektron atau laser menulis data litar bersepadu yang diperlukan, menghasilkan corak kromium pada permukaan substrat kuarza. Adalah penting untuk memahami bahawa setiap pengubahsuaian litar bersepadu membawa kepada keperluan untuk menghasilkan topeng baharu, jadi keseluruhan proses membuat perubahan adalah sangat mahal. Untuk sangat litar kompleks topeng mengambil masa yang lama untuk dibuat.

Menggunakan fotolitografi, struktur terbentuk pada substrat silikon. Proses ini diulang beberapa kali sehingga banyak lapisan (lebih daripada 20) dicipta. Lapisan boleh terdiri daripada bahan yang berbeza Selain itu, anda juga perlu memikirkan sambungan dengan wayar mikroskopik. Semua lapisan boleh dialoi.

Sebelum proses fotolitografi bermula, substrat dibersihkan dan dipanaskan untuk mengeluarkan zarah melekit dan air. Kemudian substrat menggunakan peranti khas disalut dengan silikon dioksida. Seterusnya, agen gandingan digunakan pada substrat, yang memastikan bahawa bahan photoresist yang akan digunakan dalam langkah seterusnya kekal pada substrat. Bahan photoresist digunakan pada bahagian tengah substrat, yang kemudiannya mula berputar dengan kelajuan tinggi supaya lapisan diagihkan sama rata ke atas seluruh permukaan substrat. Substrat kemudian dipanaskan semula.

Kemudian, melalui topeng, penutup disinari dengan laser kuantum, sinaran ultraungu keras, sinar-x, pancaran elektron atau ion - semua sumber cahaya atau tenaga ini boleh digunakan. Rasuk elektron digunakan terutamanya untuk mencipta topeng, sinar-X dan rasuk ion digunakan untuk tujuan penyelidikan, dan pengeluaran perindustrian hari ini dikuasai oleh sinaran UV keras dan laser gas.

Sinaran UV keras dengan panjang gelombang 13.5 nm menyinari bahan photoresist apabila ia melalui topeng.

Masa unjuran dan fokus sangat penting untuk mencapai hasil yang diinginkan. Pemfokusan yang lemah akan menyebabkan lebihan zarah bahan fotoresist kekal kerana beberapa lubang pada topeng tidak akan disinari dengan betul. Perkara yang sama akan berlaku jika masa unjuran terlalu singkat. Kemudian struktur bahan photoresist akan menjadi terlalu lebar, kawasan di bawah lubang akan kurang terdedah. Sebaliknya, masa unjuran yang berlebihan mewujudkan kawasan yang terlalu besar di bawah lubang dan struktur bahan photoresist yang terlalu sempit. Sebagai peraturan, ia sangat intensif buruh dan sukar untuk menyesuaikan dan mengoptimumkan proses. Pelarasan yang tidak berjaya akan membawa kepada penyelewengan yang serius dalam konduktor penyambung.

Pemasangan unjuran langkah demi langkah khas menggerakkan substrat ke kedudukan yang diingini. Kemudian satu baris atau satu bahagian boleh ditayangkan, paling kerap sepadan dengan satu cip pemproses. Pemasangan mikro tambahan mungkin menyumbang perubahan tambahan. Mereka boleh menyahpepijat teknologi sedia ada dan mengoptimumkan proses teknikal. Pemasangan mikro biasanya berfungsi pada kawasan yang lebih kecil daripada 1 meter persegi. mm, manakala pemasangan konvensional meliputi kawasan yang lebih besar.

Kemudian substrat pergi ke peringkat baru, di mana bahan photoresist yang lemah dikeluarkan, membenarkan akses kepada silikon dioksida. Terdapat proses goresan basah dan kering yang merawat kawasan silikon dioksida. Proses basah menggunakan sebatian kimia, manakala proses kering menggunakan gas. Proses berasingan melibatkan penyingkiran bahan fotoresist sisa. Pengilang sering menggabungkan penyingkiran basah dan kering untuk memastikan bahan photoresist dikeluarkan sepenuhnya. Ini penting kerana bahan photoresist adalah organik dan jika tidak dikeluarkan boleh menyebabkan kecacatan pada substrat. Selepas etsa dan pembersihan, anda boleh mula memeriksa substrat, yang biasanya berlaku pada setiap peringkat penting, atau memindahkan substrat ke kitaran fotolitografi baharu.

Ujian substrat, pemasangan, pembungkusan

Substrat siap diuji dalam pemasangan ujian probe yang dipanggil. Mereka bekerja dengan keseluruhan substrat. Sesentuh probe digunakan pada sesentuh setiap kristal, membolehkan ujian elektrik dijalankan. Dengan menggunakan perisian Semua fungsi setiap teras diuji.

Dengan memotong, biji individu boleh diperolehi daripada substrat. Pada masa ini, pemasangan kawalan probe telah mengenal pasti kristal mana yang mengandungi ralat, jadi selepas dipotong ia boleh diasingkan daripada yang baik. Sebelum ini, kristal yang rosak ditandakan secara fizikal, tetapi kini tidak perlu untuk ini, semua maklumat disimpan dalam pangkalan data tunggal.

Lekapan kristal

Teras berfungsi kemudiannya mesti diikat pada pakej pemproses menggunakan bahan pelekat.

Kemudian anda perlu membuat sambungan wayar yang menyambungkan kenalan atau kaki bungkusan dan kristal itu sendiri. Sambungan emas, aluminium atau tembaga boleh digunakan.

Kebanyakan pemproses moden menggunakan pembungkusan plastik dengan penyebar haba.

Biasanya terasnya disarungkan dalam seramik atau plastik untuk mengelakkan kerosakan. Pemproses moden dilengkapi dengan pengedar haba yang dipanggil, yang menyediakan perlindungan tambahan kristal, serta permukaan sentuhan yang besar dengan penyejuk.

ujian CPU

Peringkat terakhir melibatkan ujian pemproses, yang berlaku apabila suhu tinggi, mengikut spesifikasi pemproses. Pemproses dipasang secara automatik dalam soket ujian, selepas itu semua fungsi yang diperlukan dianalisis.

Semua orang memegang mikropemproses biasa di tangan mereka, tetapi hampir tidak ada orang terfikir untuk memotongnya dan memeriksanya di bawah mikroskop elektron pengimbasan. Inilah yang dilakukan oleh guru Sweden Kristian Storm untuk menunjukkan kepada pelajar cara cip mikro berfungsi. Foto-foto itu sangat menakjubkan: kualiti membolehkan anda melihat lapisan individu pemproses. Nampaknya, kira-kira prosedur ini digunakan oleh jurutera Soviet yang membongkar dan menyalin perkembangan Barat. Kira-kira perkara yang sama sedang dilakukan sekarang untuk mengkaji produk pesaing.

Semua foto boleh diklik dan tersedia dalam resolusi tinggi.

Christian Storm menggunakan pemproses P-III. Pertama, adalah perlu untuk mengeluarkan litar mikro itu sendiri dari bekas plastik (biru), yang terletak di tengah papan litar (hijau).

Seperti yang anda lihat di bahagian belakang papan litar, ia diperlukan untuk mengeluarkan kenalan daripada mikropemproses - daripada setiap kenalan pada pemproses isyarat pergi ke pin berasingan pada papan.

Pada mulanya Christian menyangka dia boleh memisahkan mikropemproses dengan haba, tetapi tidak mendapat apa-apa selain bau busuk. Kemudian saya terpaksa menggunakan kekerasan dan potong bahagian yang sesuai. Menggunakan forsep dan pisau bedah, dia menarik keluar cip itu, merosakkannya sedikit dalam proses (namun, Christian akan memecahkan pemproses untuk penggambaran).

Inilah yang berlaku akibatnya. Di bahagian belakang litar mikro, di bawah selongsong biru yang patah, sesentuh pada litar mikro kelihatan. Sebelum ini, mereka disambungkan ke pin pada papan.

Berikut ialah litar mikro yang dibersihkan daripada plastik.

Sekarang datang bahagian yang menyeronokkan: mikroskop mula bermain. Pertama, optik biasa. Di bawah mikroskop kita melihat serpihan mikropemproses dengan sentuhan yang sama.

Jika anda melihat lebih dekat, anda boleh melihat struktur di dalam lubang sesentuh.

Pemproses terdiri daripada banyak lapisan logam di atas satu sama lain, mereka jelas kelihatan melalui lubang kenalan.

Dengan menukar fokus mikroskop, anda boleh memeriksa lapisan ini secara bergilir-gilir. Inilah lapisan atas.

Lapisan tengah.

Dan lapisan bawah.

Oleh kerana mikroskop optik tidak memberikan butiran yang diperlukan, Christian memutuskan untuk menggunakan mikroskop elektron pengimbasan. Untuk melihat bahagian dalam pemproses, dia memecahkannya dan mula meneliti di mana ia pecah. Di bawah anda boleh melihat satu siri gambar berurutan dengan resolusi yang semakin meningkat.

Cip diterbalikkan, supaya di atas adalah barisan kenalan yang sebelum ini dipasang pada papan litar. Pada mulanya tiada apa yang istimewa kelihatan. Bahan ringan antara sesentuh nampaknya sejenis polimer untuk mengisi ruang.

Dengan pembesaran lanjut, lapisan kelihatan jelas. Anda juga boleh mengira bilangan mereka: enam.

Ketebalan lapisan logam bawah adalah kira-kira 200-250 nm. Pemproses P-III dihasilkan menggunakan teknologi proses 250 nm, dan kemudian - 180 nm, jadi lapisan bawah ini adalah lapisan terakhir dengan transistor; pendekatan selanjutnya tidak akan menunjukkan elemen baru.

Beginilah rupa imej dalam bentuk yang dipertingkatkan.

Foto terakhir diambil pada skala yang sama, hanya dari atas. Di satu tempat kes itu secara tidak sengaja terputus, sehingga ia terdedah struktur dalaman.

Terdapat beberapa lapisan logam di atas satu sama lain, tetapi Christian tidak dapat mengambil gambar lapisan demi lapisan dan terus ke transistor (lapisan bawah) kerana dia tidak tahu cara mengeluarkan lapisan dari cip dengan berhati-hati.

Mikropemproses moden ialah cip terpantas dan paling pintar di dunia. Mereka boleh melakukan sehingga 4 bilion operasi sesaat dan dihasilkan menggunakan pelbagai teknologi yang berbeza. Sejak awal 90-an abad kedua puluh, apabila pemproses mula digunakan secara besar-besaran, mereka telah melalui beberapa peringkat pembangunan. Puncak pembangunan struktur mikropemproses menggunakan teknologi mikropemproses generasi ke-6 sedia ada dianggap sebagai 2002, apabila ia menjadi penggunaan yang boleh diakses semua sifat asas silikon untuk mendapatkan frekuensi tinggi dengan kerugian minimum semasa penghasilan dan penciptaan litar logik. Kini kecekapan pemproses baharu agak menurun walaupun terdapat peningkatan berterusan dalam kekerapan operasi kristal, kerana teknologi silikon menghampiri had keupayaan mereka.

Mikropemproses ialah litar bersepadu yang terbentuk pada cip silikon kecil. Silikon digunakan dalam litar mikro kerana fakta bahawa ia mempunyai sifat semikonduktor: kekonduksian elektriknya lebih besar daripada dielektrik, tetapi kurang daripada logam. Silikon boleh dijadikan penebat, menghalang pergerakan cas elektrik, dan konduktor - maka cas elektrik akan melaluinya secara bebas. Kekonduksian semikonduktor boleh dikawal dengan memasukkan bendasing.

Mikropemproses mengandungi berjuta-juta transistor yang disambungkan antara satu sama lain oleh konduktor nipis yang diperbuat daripada aluminium atau kuprum dan digunakan untuk memproses data. Ini adalah bagaimana mereka terbentuk tayar dalaman. Akibatnya, mikropemproses melaksanakan banyak fungsi - daripada matematik dan operasi logik untuk mengawal operasi cip lain dan keseluruhan komputer.

Salah satu parameter utama pemproses ialah kekerapan kristal, yang menentukan bilangan operasi per unit masa, kekerapan operasi bas sistem, jumlah cache SRAM dalaman. Pemproses dilabelkan mengikut kekerapan operasi kristal. Kekerapan operasi kristal ditentukan oleh kelajuan di mana transistor bertukar dari keadaan tertutup ke keadaan terbuka. Keupayaan transistor untuk menukar lebih cepat ditentukan oleh teknologi pengeluaran wafer silikon dari mana cip dibuat. Proses teknologi menentukan dimensi transistor (ketebalan dan panjang gerbangnya). Sebagai contoh, menggunakan teknologi proses 90nm, yang diperkenalkan pada awal tahun 2004, saiz transistor ialah 90nm dan panjang get ialah 50nm.

Semua pemproses moden menggunakan transistor kesan medan. Peralihan kepada proses teknikal baharu memungkinkan untuk mencipta transistor dengan frekuensi pensuisan yang lebih tinggi, arus bocor yang lebih rendah, saiz yang lebih kecil. Pengurangan dalam saiz serentak mengurangkan kawasan cetakan dan oleh itu pelesapan haba, dan pintu yang lebih nipis membolehkan voltan pensuisan yang lebih rendah dibekalkan, yang juga mengurangkan penggunaan kuasa dan pelesapan haba.

Teknologi dan pasaran

Kini terdapat trend yang menarik di pasaran: di satu pihak, syarikat pembuatan cuba memperkenalkan proses dan teknologi teknikal baharu ke dalam produk baharu mereka secepat mungkin, sebaliknya, terdapat sekatan buatan dalam pertumbuhan pemproses. frekuensi. Pertama, pemasar merasakan bahawa pasaran belum bersedia sepenuhnya untuk perubahan seterusnya dalam keluarga pemproses, dan syarikat masih belum menerima keuntungan yang mencukupi daripada jumlah jualan CPU yang sedang dihasilkan - bekalan masih belum kering. Kelaziman kepentingan harga produk siap berbanding semua kepentingan syarikat lain agak ketara. Kedua, pengurangan ketara dalam kadar "perlumbaan frekuensi" dikaitkan dengan pemahaman tentang keperluan untuk memperkenalkan teknologi baharu yang sebenarnya meningkatkan produktiviti dengan jumlah kos teknologi yang minimum. Seperti yang telah dinyatakan, pengeluar menghadapi masalah apabila beralih kepada proses teknikal baharu.

Norma teknologi 90 nm ternyata menjadi penghalang teknologi yang agak serius bagi kebanyakan pengeluar cip. Ini disahkan oleh TSMC, yang menghasilkan cip untuk banyak gergasi pasaran, seperti AMD, nVidia, ATI, VIA. Untuk masa yang lama, ia tidak dapat mengatur pengeluaran cip menggunakan teknologi 0.09 mikron, yang membawa kepada hasil rendah kristal yang boleh digunakan. Ini adalah salah satu sebab mengapa AMD untuk masa yang lama menangguhkan pengeluaran pemprosesnya dengan teknologi SOI (Silicon-on-Insulator). Kelewatan ini disebabkan oleh fakta bahawa pada dimensi unsur inilah segala macam faktor negatif yang sebelum ini tidak begitu ketara mula nyata dengan ketara: arus bocor, serakan parameter yang besar dan peningkatan eksponen dalam penjanaan haba. Mari kita fikirkan mengikut urutan.

Seperti yang anda ketahui, terdapat dua arus kebocoran: arus kebocoran pintu dan kebocoran subambang. Yang pertama disebabkan oleh pergerakan spontan elektron antara substrat saluran silikon dan pintu polisilikon. Yang kedua ialah pergerakan spontan elektron dari sumber transistor ke longkang. Kedua-dua kesan ini membawa kepada keperluan untuk meningkatkan voltan bekalan untuk mengawal arus dalam transistor, dan ini memberi kesan negatif kepada pelesapan haba. Oleh itu, dengan mengurangkan saiz transistor, pertama sekali kita mengurangkan pintu dan lapisan silikon dioksida (SiO2), yang merupakan penghalang semula jadi antara pintu dan saluran. Di satu pihak, ini meningkatkan prestasi kelajuan transistor (masa bertukar), tetapi sebaliknya, ia meningkatkan kebocoran. Iaitu, ia ternyata menjadi sejenis lingkaran ganas. Jadi, peralihan kepada 90 nm adalah satu lagi penurunan dalam ketebalan lapisan dioksida, dan pada masa yang sama peningkatan kebocoran. Perjuangan menentang kebocoran bermakna, sekali lagi, peningkatan dalam voltan kawalan, dan, dengan itu, peningkatan ketara dalam penjanaan haba. Semua ini membawa kepada kelewatan dalam pengenalan proses teknikal baru oleh pesaing dalam pasaran mikropemproses - Intel dan AMD.

Satu alternatif ialah penggunaan teknologi SOI (silikon pada penebat), yang baru-baru ini diperkenalkan oleh AMD dalam pemproses 64-bitnya. Walau bagaimanapun, ia memerlukan banyak usaha dan mengatasi sejumlah besar kesukaran yang berkaitan. Tetapi teknologi itu sendiri memberikan sejumlah besar kelebihan dengan jumlah kelemahan yang agak kecil. Intipati teknologi, secara amnya, agak logik - transistor dipisahkan dari substrat silikon oleh satu lagi lapisan penebat nipis. Terdapat banyak kelebihan. Tiada pergerakan elektron yang tidak terkawal di bawah saluran transistor, menjejaskan ciri elektriknya - kali ini. Selepas menggunakan arus buka kunci ke pintu masuk, masa untuk pengionan saluran ke keadaan operasi (sehingga arus operasi mengalir melaluinya) dikurangkan, iaitu, parameter utama kedua prestasi transistor bertambah baik, masa hidup/matinya ialah dua. Atau, pada kelajuan yang sama, anda boleh merendahkan arus buka kunci - itu tiga. Atau cari beberapa jenis kompromi antara meningkatkan kelajuan operasi dan mengurangkan voltan. Semasa mengekalkan arus pintu yang sama, peningkatan prestasi transistor boleh sehingga 30%; jika anda membiarkan frekuensi yang sama, memfokuskan pada penjimatan tenaga, maka tambahnya boleh menjadi besar - sehingga 50%. Akhirnya, ciri saluran menjadi lebih boleh diramal, dan transistor itu sendiri menjadi lebih tahan terhadap ralat sporadis, seperti yang disebabkan oleh zarah kosmik yang memukul substrat saluran dan mengionkannya secara tidak dijangka. Sekarang, apabila mereka masuk ke substrat yang terletak di bawah lapisan penebat, mereka tidak menjejaskan operasi transistor dalam apa jua cara. Satu-satunya kelemahan SOI ialah kedalaman kawasan pemancar/pengumpul perlu dikurangkan, yang secara langsung dan langsung mempengaruhi peningkatan rintangannya apabila ketebalan berkurangan.

Dan akhirnya, sebab ketiga yang menyumbang kepada kelembapan dalam pertumbuhan kekerapan adalah aktiviti pesaing yang rendah dalam pasaran. Boleh dikatakan semua orang sibuk dengan urusan masing-masing. AMD terlibat dalam pengenalan meluas pemproses 64-bit; untuk Intel, ini adalah tempoh untuk menambah baik proses teknikal baharu, menyahpepijat untuk peningkatan hasil kristal yang boleh digunakan.

Permulaan tahun sepatutnya membawa kita banyak berita dari bidang teknologi, kerana tahun ini kedua-dua syarikat harus beralih kepada piawaian teknologi 90 nm. Tetapi ini sama sekali tidak bermakna peningkatan pesat baru dalam frekuensi pemproses, sebaliknya sebaliknya. Pada mulanya, akan ada ketenteraman dalam pasaran: pesaing akan mula menghasilkan CPU menggunakan proses teknikal baharu, tetapi dengan frekuensi lama. Apabila proses pengeluaran menguasai, akan terdapat sedikit peningkatan dalam kekerapan cip. Kemungkinan besar, ia tidak akan kelihatan seperti sebelum ini. Menjelang akhir tahun 2004, apabila hasil kristal yang boleh digunakan menggunakan teknologi proses 90-nm akan meningkat dengan ketara, syarikat Intel menjangka untuk menakluki puncak 4 GHz, atau lebih. Pemproses AMD akan datang dengan beberapa ketinggalan frekuensi tradisional, yang, secara amnya, tidak menjejaskan prestasi seperti ciri-ciri seni bina mikro.

Oleh itu, keperluan untuk beralih kepada proses teknikal baharu adalah jelas, tetapi ia menjadi semakin sukar bagi ahli teknologi setiap kali. Mikropemproses Pentium pertama (1993) dihasilkan menggunakan teknologi proses 0.8 mikron, kemudian 0.6 mikron. Pada tahun 1995, teknologi proses 0.35 mikron digunakan buat kali pertama untuk pemproses generasi ke-6. Pada tahun 1997 ia berubah kepada 0.25 mikron, dan pada tahun 1999 kepada 0.18 mikron. Pemproses moden adalah berdasarkan teknologi 0.13 dan 0.09 mikron, yang kedua diperkenalkan pada tahun 2004. Seperti yang anda lihat, untuk proses teknikal ini, undang-undang Moore diperhatikan, yang menyatakan bahawa setiap dua tahun kekerapan kristal berganda apabila bilangan transistor daripadanya meningkat. Proses teknikal berubah pada kadar yang sama. Benar, pada masa hadapan "perlumbaan kekerapan" akan mengatasi undang-undang ini. Menjelang 2006, Intel merancang untuk membangunkan teknologi proses 65-nm, dan menjelang 2009 - proses 32-nm.

Inilah masanya untuk mengingati struktur transistor, iaitu, lapisan nipis silikon dioksida, penebat yang terletak di antara pintu dan saluran, dan yang melaksanakan fungsi yang boleh difahami sepenuhnya - penghalang elektron yang menghalang kebocoran arus pintu. Jelas sekali, lebih tebal lapisan ini, lebih baik ia melaksanakan fungsi penebatnya. Tetapi dia sebahagian saluran, dan tidak kurang jelasnya bahawa jika kita akan mengurangkan panjang saluran (saiz transistor), maka kita perlu mengurangkan ketebalannya, dan pada kadar yang sangat pantas. Ngomong-ngomong, sejak beberapa dekad yang lalu, ketebalan lapisan ini telah purata kira-kira 1/45 daripada keseluruhan panjang saluran. Tetapi proses ini mempunyai penghujungnya - seperti yang dinyatakan oleh Intel yang sama lima tahun lalu, jika kita terus menggunakan SiO2, seperti yang telah berlaku sejak 30 tahun yang lalu, ketebalan lapisan minimum ialah 2.3 nm, jika tidak, arus kebocoran arus pintu masuk akan menjadi tidak realistik.

Sehingga baru-baru ini, tiada apa yang telah dilakukan untuk mengurangkan kebocoran subsaluran. Sekarang keadaan mula berubah, kerana arus operasi, bersama-sama dengan masa tindak balas pintu, adalah salah satu daripada dua parameter utama yang mencirikan kelajuan operasi transistor, dan kebocoran dalam keadaan mati secara langsung mempengaruhinya - untuk mengekalkan kecekapan transistor yang diperlukan, adalah perlu, dengan sewajarnya, untuk meningkatkan arus operasi, dengan semua keadaan berikutnya.

Pembuatan mikropemproses

Pembuatan mikropemproses adalah proses yang kompleks yang melibatkan lebih daripada 300 langkah. Mikropemproses terbentuk pada permukaan wafer silikon bulat nipis - substrat, hasil daripada urutan tertentu pelbagai proses pemprosesan menggunakan bahan kimia, gas dan sinaran ultraviolet.

Substrat biasanya mempunyai diameter 200 milimeter, atau 8 inci. Walau bagaimanapun, Intel telah pun bertukar kepada wafer dengan diameter 300 mm, atau 12 inci. Plat baru memungkinkan untuk mendapatkan hampir 4 kali lebih banyak kristal, dan hasil lebih tinggi. Wafer diperbuat daripada silikon, yang disucikan, dicairkan, dan ditanam menjadi kristal silinder panjang. Hablur kemudiannya dipotong menjadi kepingan nipis dan digilap sehingga permukaannya licin cermin dan bebas daripada kecacatan. Kemudian, secara berurutan, berulang secara kitaran, pengoksidaan terma (pembentukan filem SiO2), fotolitografi, resapan kekotoran (fosforus), dan epitaksi (pertumbuhan lapisan) dilakukan.

Semasa proses pembuatan litar mikro, lapisan bahan paling nipis digunakan pada plat kosong dalam bentuk corak yang dikira dengan teliti. Sehingga beberapa ratus mikropemproses boleh diletakkan pada satu wafer, yang pembuatannya memerlukan lebih daripada 300 operasi. Keseluruhan proses menghasilkan pemproses boleh dibahagikan kepada beberapa peringkat: mengembangkan silikon dioksida dan mencipta kawasan konduktif, menguji, mengeluarkan bungkusan dan penghantaran.

Menumbuhkan silikon dioksida dan mewujudkan kawasan konduktif. Proses pembuatan mikropemproses bermula dengan "menumbuhkan" lapisan penebat silikon dioksida pada permukaan wafer yang digilap. Peringkat ini dijalankan dalam ketuhar elektrik pada suhu yang sangat tinggi. Ketebalan lapisan oksida bergantung pada suhu dan masa yang dibelanjakan plat di dalam relau.

Ini diikuti oleh fotolitografi, satu proses di mana corak terbentuk pada permukaan wafer. Pertama, lapisan sementara bahan fotosensitif, photoresist, digunakan pada plat, di mana imej bahagian lutsinar templat, atau photomask, ditayangkan menggunakan sinaran ultraungu. Topeng dibuat semasa reka bentuk pemproses dan digunakan untuk membentuk corak litar dalam setiap lapisan pemproses. Di bawah pengaruh sinaran, kawasan yang terdedah pada lapisan foto menjadi larut, dan ia dikeluarkan menggunakan pelarut (asid fluorik), mendedahkan silikon dioksida di bawahnya.

Silika yang terdedah dikeluarkan melalui proses yang dipanggil "etsa." Lapisan foto yang tinggal kemudian dikeluarkan, meninggalkan corak silikon dioksida pada wafer semikonduktor. Menggunakan siri fotolitografi tambahan dan operasi etsa, silikon polihabluran, yang mempunyai sifat konduktor, juga digunakan pada wafer. Semasa operasi seterusnya, dipanggil "doping", kawasan terdedah wafer silikon dihujani dengan ion pelbagai unsur kimia, yang membentuk caj negatif dan positif dalam silikon, mengubah kekonduksian elektrik kawasan ini.

Penggunaan lapisan baru diikuti dengan etsa litar dijalankan beberapa kali, manakala untuk sambungan interlayer "tingkap" ditinggalkan di lapisan, yang dipenuhi dengan logam, membentuk sambungan elektrik antara lapisan. Intel menggunakan konduktor kuprum dalam teknologi proses 0.13 mikronnya. Dalam proses pembuatan 0.18 mikron dan proses sebelumnya Generasi Intel aluminium terpakai. Kedua-dua kuprum dan aluminium adalah konduktor elektrik yang sangat baik. Apabila menggunakan teknologi proses 0.18-μm, 6 lapisan telah digunakan; apabila memperkenalkan proses teknologi 90 nm pada tahun 2004, 7 lapisan silikon telah digunakan.

Setiap lapisan pemproses mempunyai coraknya sendiri; bersama-sama, semua lapisan ini membentuk litar elektronik tiga dimensi. Penggunaan lapisan diulang 20 - 25 kali selama beberapa minggu.

Menguji. Untuk menahan tegasan yang dikenakan substrat semasa proses pelapisan, wafer silikon pada mulanya mestilah cukup tebal. Oleh itu, sebelum memotong wafer ke dalam mikropemproses individu, ketebalannya dikurangkan sebanyak 33% menggunakan proses khas dan bahan cemar dikeluarkan dari bahagian belakang. Kemudian, lapisan bahan khas digunakan pada bahagian belakang plat "nipis", yang meningkatkan lampiran seterusnya kristal ke badan. Di samping itu, lapisan ini menyediakan sentuhan elektrik antara permukaan belakang litar bersepadu dan pakej selepas pemasangan.

Selepas ini, wafer diuji untuk memeriksa kualiti semua operasi pemesinan. Untuk menentukan sama ada pemproses berfungsi dengan betul, komponen individu diuji. Jika kerosakan dikesan, data mengenainya dianalisis untuk memahami pada peringkat pemprosesan kegagalan yang berlaku.

Probe elektrik kemudiannya disambungkan kepada setiap pemproses dan kuasa digunakan. Pemproses diuji oleh komputer, yang menentukan sama ada ciri pemproses yang dihasilkan memenuhi keperluan yang ditetapkan.

Pembuatan badan. Selepas ujian, wafer dihantar ke kemudahan pemasangan, di mana ia dipotong menjadi segi empat tepat kecil, setiap satunya mengandungi litar bersepadu. Gergaji ketepatan khas digunakan untuk memisahkan plat. Kristal tidak berfungsi ditolak.

Setiap kristal kemudian diletakkan dalam kes individu. Kes itu melindungi kristal daripada pengaruh luaran dan menyediakannya sambungan elektrik dengan papan yang akan dipasang kemudiannya. Bebola kecil pateri, terletak pada titik tertentu pada cip, dipateri ke terminal elektrik perumahan. Sekarang isyarat elektrik boleh datang dari papan ke cip dan belakang.

Dalam pemproses masa hadapan, Intel akan menggunakan teknologi BBUL, yang akan membolehkan penciptaan kes asas baharu dengan kurang penjanaan haba dan kapasiti antara kaki CPU.

Selepas cip dipasang dalam kes, pemproses diuji sekali lagi untuk menentukan sama ada ia berfungsi. Pemproses yang rosak ditolak, dan yang berfungsi tertakluk kepada ujian beban: pendedahan kepada pelbagai keadaan suhu dan kelembapan, serta nyahcas elektrostatik. Selepas setiap ujian beban, pemproses diuji untuk menentukan status fungsinya. Pemproses kemudian diisih berdasarkan tingkah laku mereka di bawah berbeza kelajuan jam dan bekalan voltan.

Penghantaran. Pemproses yang telah lulus ujian dihantar ke kawalan akhir, yang tugasnya adalah untuk mengesahkan bahawa keputusan semua ujian sebelumnya adalah betul, dan parameter litar bersepadu memenuhi atau bahkan melebihi piawaian yang ditetapkan. Semua pemproses yang lulus pemeriksaan akhir ditanda dan dibungkus untuk penghantaran kepada pelanggan.

Teknologi mikropemproses masa hadapan

Adalah diketahui bahawa transistor CMOS sedia ada mempunyai banyak batasan dan tidak akan membenarkan menaikkan frekuensi pemproses dalam masa terdekat tanpa rasa sakit. Pada penghujung tahun 2003, pada persidangan Tokyo, pakar Intel membuat kenyataan yang sangat penting tentang pembangunan bahan baru untuk transistor semikonduktor masa hadapan. Pertama sekali, kita bercakap tentang dielektrik get transistor baru dengan pemalar dielektrik tinggi (yang dipanggil bahan "high-k"), yang akan digunakan untuk menggantikan silikon dioksida (SiO2) yang digunakan hari ini, serta yang baru. aloi logam yang serasi dengan dielektrik get baru. Penyelesaian yang dicadangkan oleh penyelidik mengurangkan arus kebocoran sebanyak 100 kali, yang memungkinkan untuk mendekati pelaksanaan proses pengeluaran dengan norma reka bentuk 45 nanometer. Ia dianggap oleh pakar sebagai revolusi kecil dalam dunia teknologi mikroelektronik.

Untuk memahami apa yang kita bincangkan, mari kita lihat dahulu transistor MOS biasa, berdasarkan CPU yang paling kompleks dibuat.

Di dalamnya, get polysilicon conductive dipisahkan dari saluran transistor oleh lapisan nipis (hanya 1.2 nm atau 5 atom tebal) silikon dioksida (bahan yang digunakan selama beberapa dekad sebagai dielektrik get).

Ketebalan dielektrik yang sebegitu kecil diperlukan untuk mendapatkan bukan sahaja dimensi kecil transistor secara keseluruhan, tetapi juga untuk prestasi tertingginya (zarah bercas bergerak lebih cepat melalui pintu, akibatnya VT sedemikian boleh bertukar sehingga 10 bilion kali sesaat). Secara ringkasnya, semakin dekat pintu masuk ke saluran transistor (iaitu, semakin nipis dielektrik), "pengaruh yang lebih besar" dari segi kelajuan yang akan ada pada elektron dan lubang dalam saluran transistor.

Oleh itu, kepentingan penemuan saintis Intel tidak boleh dipandang remeh. Selepas lima tahun penyelidikan di makmal perbadanan, mereka berkembang bahan khas, membolehkannya menggantikan silikon dioksida tradisional dalam laluan pembuatan cip konvensional. Keperluan untuk bahan sedemikian adalah sangat serius: keserasian kimia dan mekanikal yang tinggi (pada peringkat atom) dengan silikon, kemudahan pengeluaran dalam satu kitaran proses silikon tradisional, tetapi yang paling penting, kebocoran yang rendah dan pemalar dielektrik yang tinggi.

Jika kita bergelut dengan kebocoran, maka ketebalan dielektrik mesti ditingkatkan kepada sekurang-kurangnya 2-3 nm (lihat rajah di atas). Untuk mengekalkan cerun transistor yang sama (pergantungan arus pada voltan), adalah perlu untuk meningkatkan pemalar dielektrik bahan dielektrik secara berkadar. Jika kebolehtelapan silikon dioksida pukal ialah 4 (atau kurang sedikit dalam lapisan ultra-nipis), maka nilai yang munasabah untuk pemalar dielektrik dielektrik "Intel" baharu boleh dipertimbangkan sekitar 10-12. Walaupun terdapat banyak bahan dengan pemalar dielektrik sedemikian (seramik kapasitor atau silikon kristal tunggal), faktor keserasian teknologi bahan tidak kurang penting di sini. Oleh itu, proses pemendapan berketepatan tinggi telah dibangunkan untuk bahan tinggi-k baharu, di mana satu lapisan molekul bahan ini terbentuk dalam satu kitaran.

Berdasarkan gambar ini, kita boleh mengandaikan bahawa bahan baru itu juga merupakan oksida. Selain itu, monoksida, yang bermaksud penggunaan bahan terutamanya kumpulan kedua, sebagai contoh, magnesium, zink atau bahkan tembaga.

Tetapi perkara itu tidak terhad kepada dielektrik. Ia juga perlu untuk menukar bahan pengatup itu sendiri - silikon polihablur biasa. Hakikatnya ialah menggantikan silikon dioksida dengan dielektrik tinggi-k membawa kepada masalah interaksi dengan silikon polihabluran (jurang jalur transistor menentukan voltan minimum yang mungkin untuknya). Masalah ini boleh dihapuskan jika logam khas digunakan untuk pintu kedua-dua jenis transistor (n-MOS dan p-MOS) dalam kombinasi dengan proses teknologi. Gabungan bahan ini mencapai prestasi transistor rekod dan arus bocor unik yang rendah, 100 kali lebih rendah daripada bahan semasa (lihat graf). Dalam kes ini, tiada lagi godaan untuk menggunakan teknologi SOI (silikon pada penebat) yang jauh lebih mahal untuk memerangi kebocoran, seperti yang dilakukan oleh sesetengah pihak. pengeluar besar mikropemproses.

Kami juga mencatatkan satu lagi inovasi teknologi daripada Intel - teknologi silikon tegang, yang digunakan buat kali pertama dalam pemproses Prescott dan Dothan 90-nanometer. Akhirnya, Intel telah mendedahkan secara terperinci bagaimana lapisan silikon tegang terbentuk dalam struktur CMOSnya. Sel CMOS terdiri daripada dua transistor - n-MOS dan p-MOS (lihat rajah).

Dalam pertama (n-MOS), saluran transistor (n-saluran) mengalirkan arus menggunakan elektron (zarah bercas negatif), dan dalam kedua (p-MOS) - menggunakan lubang (zarah bercas positif bersyarat). Sehubungan itu, mekanisme pembentukan silikon tegang dalam kedua-dua kes ini adalah berbeza. Transistor n-MOS menggunakan salutan luaran dengan lapisan silikon nitrida (Si3N4), yang disebabkan oleh tekanan mekanikal sedikit (sebahagian daripada peratus) meregangkan (ke arah aliran arus) kekisi kristal silikon di bawah pintu, akibatnya arus operasi saluran meningkat sebanyak 10% (secara relatifnya, ia menjadi lebih luas untuk elektron untuk bergerak ke arah saluran). Dalam transistor p-MOS, sebaliknya adalah benar: sebatian silikon-germanium (SiGe) digunakan sebagai bahan substrat (lebih tepat, hanya kawasan longkang dan sumber), yang sedikit memampatkan kekisi kristal silikon di bawah pintu masuk ke arah daripada saluran tersebut. Oleh itu, ia menjadi "lebih mudah" untuk lubang untuk "bergerak" melalui atom kekotoran penerima, dan arus operasi saluran meningkat sebanyak 25%. Gabungan kedua-dua teknologi memberikan peningkatan 20-30 peratus dalam arus. Oleh itu, penggunaan teknologi silikon tegang dalam kedua-dua jenis peranti (n-MOS dan p-MOS) membawa kepada peningkatan yang ketara dalam prestasi transistor sambil meningkatkan kos pengeluarannya hanya ~2% dan membolehkan penciptaan transistor yang lebih kecil daripada yang seterusnya. generasi. Intel merancang untuk menggunakan silikon tegang untuk semua teknologi proses masa hadapan sehingga 22 nm.

iPhone 4S. Perbandingan dibuat berdasarkan kelajuan pemprosesan maklumat dan kuasa grafik peranti. Pemproses A6 memberikan keutamaan ini kepada produk baharu. Selepas menguji menggunakan Javascript dan Geekbench, kami boleh mengatakan dengan selamat bahawa A6 meletakkan iPhone 5 jauh di hadapan pesaingnya.

Bersentuhan dengan

Jelas sekali, A6 adalah hari ini, dan iPhone 5 bukan sahaja dari segi kuasa, tetapi sudah tentu ia adalah telefon pertama di platform Korteks LENGAN. Lain-lain dalam perkataan iPhone 5 disesuaikan sepenuhnya untuk melaksanakan sepenuhnya semua tugas Apple. Selain dua teras CPU, telefon pintar ini dilengkapi dengan tiga teras GPU. Sebagai rakan sekerja dari iFixit melaporkan, untuk mengetahui struktur pemproses A6 dan menunjukkannya kepada dunia, pakar dari Chipworks menggunakan peralatan mahal yang menggores bahan dengan pancaran ion. Proses ini menggunakan pancaran ion untuk mengkaji secara berurutan lapisan objek semikonduktor, dengan itu memberikan hasil yang paling tepat dan boleh difahami.
Pada mulanya, Chipworks mendapati bahawa A6 dihasilkan menggunakan teknologi proses 32 nm daripada Samsung CMOS HKMG. By the way, proses teknikal yang sama telah digunakan oleh Apple dan Samsung untuk menghasilkan pemproses A5 dalam Apple TV dan iPad 2. Terima kasih kepada mikroskop baharu yang lebih berkuasa, pengrajin dari Chipworks dapat memperoleh profil NMOS dan PMOS yang tepat. peranti dalam cip A6. Pistol elektron di dalam mikroskop ini adalah berdasarkan prinsip mekanik kuantum, yang memberikan resolusi tinggi apabila memeriksa cip. Pakar dari Chipworks turut menemui codec audio Apple 338S1077 Cirrus (penguat audio Kelas D), modul Wi-Fi Murata 339S0171, modem Qualcomm MDM9615 LTE dan transceiver RF Multi-band/mod Qualcomm RTR8600. Modul Wi-Fi dari Murata sememangnya patut dilihat:

Murata meletakkan semua komponen bersama-sama, menghantarnya ke Foxconn, di mana ia akhirnya bertukar menjadi papan siap untuk iPhone. Menganalisis komponen, pakar Chipworks dengan ringkas berkata: "Murata sedang membina sebuah rumah yang penuh dengan perabot orang lain."

Bagi pakej berbilang cip pemproses A6, ia, seperti yang diumumkan, termasuk 1 GB RAM daripada Elpida (512 MB), dua teras ARM dan tiga teras pemproses GPU. Dimensi cip A6 adalah seperti berikut:

• lebar - 9.70 mm;
• ketinggian - 9.97 mm;
• Keluasan pemproses ialah 96.71 meter persegi. mm.

Modul kamera iSight telah dicipta oleh Sony dan OmniVision. Sony untuk kamera belakang telefon, dan OmniVision menyelia penciptaan kamera persidangan video 720p FaceTime. Mengenai pemproses ARM dwi teras:

Berbanding dengan skema peletakan teras yang serupa sebelumnya, kali ini teras pemproses video terletak di bahagian bawah, dan teras ARM sendiri terletak agak luar biasa.

Pada tahap yang lebih besar, blok logik dipasang secara automatik menggunakan teknologi komputer. Walau bagaimanapun, nampaknya beberapa blok teras ARM telah ditetapkan dengan cara sewenang-wenangnya, i.e. tetapkan secara manual. Berita mengenai susunan rawak pemproses ARM sekali lagi menimbulkan khabar angin bahawa Apple telah mencipta pemproses tersuai berkaliber yang sama dengan Cortex-A15 baharu, dan pemproses sedemikian, tetapi hanya dengan susunan rawak pada cip, akan muncul di pasaran dalam beberapa tahun akan datang.
Foto ini menunjukkan struktur transistor. Adakah anda melihat sesentuh kecil terletak di antara transistor? Ini adalah kenalan antara lapisan. Adakah ia benar-benar ketara? Sekarang fikirkan tentang cara melihatnya tanpa menggunakan mikroskop elektron yang sangat berkuasa. Saya fikir adalah adil untuk mengingati bahawa Samsung kekal sebagai salah satu pembekal komponen terpenting untuk produk Apple. Dan ini walaupun hakikat bahawa Apple, dan terutamanya dalaman pasukan kejuruteraan Apple Intrinsity dan PA Semi benar-benar tidak menyukai minat gergasi Korea Selatan itu untuk menjual secara besar-besaran teknologi dan kapasiti pengeluarannya.