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 ke-20, apabila pemproses digunakan secara besar-besaran, mereka telah melalui beberapa peringkat pembangunan. Puncak pembangunan struktur mikropemproses menggunakan teknologi sedia ada mikropemproses generasi ke-6, menjadi 2002, apabila ia menjadi penggunaan yang boleh diakses semua sifat asas silikon untuk mendapatkan frekuensi tinggi dengan kerugian minimum semasa pengeluaran 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.

Mikropemprosesialah litar bersepadu yang terbentuk pada hablur 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 dibuat kedua-dua penebat, menghalang pergerakan cas elektrik, dan konduktor - kemudian caj elektrik akan melaluinya dengan 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 mikropemproses ialah kekerapan operasi kristal, yang menentukan bilangan operasi per unit masa, kekerapan operasi bas sistem, saiz memori cache dalaman SRAM . Pemproses dilabelkan mengikut kekerapan operasi kristal. Kekerapan operasi kristal ditentukan oleh kekerapan penukaran transistor dari keadaan tertutup ke keadaan terbuka. Keupayaan transistor untuk menukar lebih cepat ditentukan oleh teknologi pengeluaran wafer silikon dari mana cip dibuat. Dimensi 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 dan saiz yang lebih kecil. Mengurangkan saiz secara serentak mengurangkan kawasan cip 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.

Norma teknologi 90 nm ternyata menjadi penghalang teknologi yang agak serius bagi kebanyakan pengeluar cip. Ini disahkan oleh syarikat TSMC , yang menghasilkan kerepek untuk banyak gergasi pasaran seperti syarikat 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 menangguhkan pengeluaran pemprosesnya dengan teknologi untuk masa yang lama SOI (Silikon - on - Penebat ). Ini disebabkan oleh fakta bahawa pada dimensi unsur ini semua jenis faktor negatif yang sebelum ini tidak begitu ketara mula nyata, seperti arus kebocoran, serakan parameter yang besar dan peningkatan eksponen dalam penjanaan haba.

Terdapat dua arus kebocoran: arus kebocoran pintu dan kebocoran subambang. Pertama disebabkan oleh pergerakan spontan elektron antara substrat saluran silikon dan pintu polisilikon. Kedua – pergerakan spontan elektron dari sumber transistor ke longkang. Kedua-dua kesan ini membawa kepada keperluan untuk meningkatkan voltan bekalan untuk mengawal arus dalam transistor, yang memberi kesan negatif kepada pelesapan haba. Jadi, mengurangkan saiz transistor, pertama sekali, lapisan pintu dan silikon dioksidanya dikurangkan ( SiO2 ), yang merupakan penghalang semula jadi antara pintu gerbang dan saluran.

Di satu pihak, ini meningkatkan prestasi kelajuan transistor (masa bertukar), tetapi sebaliknya, ia meningkatkan kebocoran. Iaitu, ia ternyata sejenis kitaran tertutup. 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.

Salah satu penyelesaian alternatif ialah penggunaan teknologi JADI SAYA (silikon pada penebat), yang baru-baru ini diperkenalkan oleh syarikat itu AMD pada pemproses 64-bit mereka. Walau bagaimanapun, ia memerlukan banyak usaha dan mengatasinya Kuantiti yang 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 - sekali. Selepas menggunakan arus buka kunci ke pintu, masa pengionan saluran ke keadaan operasi, sehingga arus operasi mengalir melaluinya, dikurangkan, iaitu, yang kedua parameter utama prestasi transistor, masa hidup/matinya ialah dua. Atau, pada kelajuan yang sama, anda hanya boleh menurunkan arus buka kunci - 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, ketiga Sebab yang menyumbang kepada kelembapan dalam pertumbuhan kekerapan adalah aktiviti pesaing yang rendah dalam pasaran. Boleh dikatakan semua orang sibuk dengan urusan masing-masing. AMD telah terlibat dalam pengenalan meluas pemproses 64-bit, untuk Intel Ini adalah tempoh penambahbaikan proses teknikal baharu, penyahpepijatan untuk peningkatan hasil kristal yang boleh digunakan.

Oleh itu, keperluan untuk beralih kepada proses teknikal baharu adalah jelas, tetapi ia menjadi semakin sukar bagi ahli teknologi setiap kali. Mikropemproses pertama Pentium (1993) dihasilkan menggunakan proses 0.8 µm, kemudian 0.6 µm. 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 syarikat itu Intel merancang untuk membangunkan teknologi proses 65-nm, dan 32-nm pada tahun 2009.

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 ia adalah 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 didakwa oleh Intel yang sama lima tahun lalu, jika kita terus menggunakan SiO 2, seperti yang telah berlaku sejak 30 tahun yang lalu, ketebalan lapisan minimum ialah 2.3 nm, jika tidak, arus kebocoran pintu masuk semasa akan menjadi tidak realistik. .

Sehingga baru-baru ini, tiada apa yang telah dilakukan untuk mengurangkan kebocoran subsaluran, tetapi kini 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 luar negeri secara langsung menjejaskannya - untuk menjimatkan kecekapan transistor yang diperlukan, adalah perlu, sewajarnya, untuk meningkatkan arus operasi, dengan semua keadaan yang berikutnya.

Pembuatan mikropemproses ialah proses kompleks yang merangkumi lebih daripada 300 peringkat. 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. Seterusnya, pengoksidaan terma (pembentukan filem) dilakukan secara kitaran SiO2 ), fotolitografi, resapan kekotoran (fosforus), epitaksi (pertumbuhan lapisan).

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.

Proses pembuatan mikropemproses bermula dengan " berkembang "di permukaan wafer yang digilap adalah lapisan penebat silikon dioksida. Langkah ini dijalankan dalam ketuhar elektrik pada suhu yang sangat tinggi. Ketebalan lapisan oksida bergantung pada suhu dan masa yang dibelanjakan wafer dalam ketuhar.

Kemudian menyusul fotolitografi - satu proses di mana corak terbentuk pada permukaan plat. 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 menggunakan proses yang dipanggil " goresan "Lapisan foto yang tinggal kemudian dikeluarkan, meninggalkan corak silikon dioksida pada wafer semikonduktor. Hasil daripada satu siri fotolitografi tambahan dan operasi etsa, silikon polihabluran, yang mempunyai sifat konduktor, juga digunakan pada wafer.

Semasa operasi seterusnya, dipanggil " doping ", kawasan terbuka wafer silikon dihujani dengan ion pelbagai unsur kimia, yang membentuk caj negatif dan positif dalam silikon, mengubah kekonduksian elektrik kawasan ini.

Menambah Lapisan Baharu 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.

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, uji mereka komponen individu. 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.

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 bungkusan. Sekarang isyarat elektrik boleh datang dari papan ke cip dan belakang.

Dalam pemproses masa depan syarikat Intel akan mengaplikasikan teknologi BBUL , yang akan membolehkan anda mencipta kes baharu pada asasnya 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 kelakuannya pada kelajuan jam dan voltan bekalan yang berbeza.

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.

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 ( daripada warna 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.

Pada peningkatan lagi Lapisan sudah jelas kelihatan. 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.

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 moden pemproses Intel Teras i7 boleh memuatkan kira-kira 2 bilion transistor (bergantung kepada model), yang setiap satunya bersaiz 14 nm. Dalam mengejar kuasa pengkomputeran, pengeluar setiap tahun mengurangkan saiz transistor dan meningkatkan bilangan mereka. 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, kita mendapat diod - peranti semikonduktor, menghantar arus dalam satu arah sahaja. 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 skim umum konduktor 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 dengannya kaedah tradisional kerana kelajuan 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, gabungkan 13,000 dalam satu peranti tiub sinar katod ia akan menjadi 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.

Sukar untuk dipercayai, tetapi pemproses moden adalah yang paling kompleks produk siap di Bumi - tetapi, nampaknya, apa yang rumit tentang kepingan besi ini?

Jadi, apabila sebuah kilang untuk pengeluaran pemproses menggunakan teknologi baru dibina, ia mempunyai 4 tahun untuk mendapatkan balik pelaburan (lebih daripada $5 bilion) dan membuat keuntungan.

Daripada pengiraan rahsia yang mudah ternyata kilang mesti menghasilkan sekurang-kurangnya 100 wafer yang berfungsi setiap jam.

Secara ringkas, proses pembuatan pemproses kelihatan seperti ini: kristal tunggal silinder ditanam daripada silikon cair menggunakan peralatan khas.

Jongkong yang terhasil disejukkan dan dipotong menjadi "pancake", yang permukaannya diratakan dan digilap dengan berhati-hati untuk bersinar cermin.

Kemudian, dalam "bilik bersih" kilang semikonduktor, litar bersepadu dicipta pada wafer silikon menggunakan fotolitografi dan etsa.

Selepas membersihkan semula wafer, pakar makmal melakukan ujian rawak pemproses di bawah mikroskop - jika semuanya "OK", maka wafer siap dipotong menjadi pemproses berasingan, yang kemudiannya disertakan dalam kes.

Pelajaran kimia

Mari kita lihat keseluruhan proses dengan lebih terperinci. Kandungan silikon dalam kerak bumi adalah kira-kira 25-30% mengikut berat, menjadikan unsur ini kedua dalam banyaknya selepas oksigen.

Pasir, terutamanya pasir kuarza, mempunyai peratusan silikon yang tinggi dalam bentuk silikon dioksida (SiO2) dan merupakan komponen asas untuk mencipta semikonduktor pada awal proses pembuatan.

Pada mulanya, SiO 2 diambil dalam bentuk pasir, yang dikurangkan dengan kok dalam relau arka (pada suhu kira-kira 1800°C):

Silikon jenis ini dipanggil " teknikal"dan mempunyai ketulenan 98-99.9%. Pemproses pembuatan memerlukan bahan mentah yang lebih bersih, dipanggil " silikon elektronik“- ini harus mengandungi tidak lebih daripada satu atom asing bagi setiap bilion atom silikon.

Untuk membersihkan ke tahap ini, silikon secara literal "dilahirkan semula." Dengan pengklorinan silikon teknikal, silikon tetraklorida (SiCl 4) diperolehi, yang kemudiannya ditukar kepada trichlorosilane (SiHCl 3):

3SiCl 4 + 2H 2 + Si ↔ 4SiHCl 3

Tindak balas ini, menggunakan kitar semula hasil sampingan yang mengandungi silikon, mengurangkan kos dan menghapuskan masalah alam sekitar:

2SiHCl 3 ↔ SiH 2 Cl 2 + SiCl 4
2SiH 2 Cl 2 ↔ SiH 3 Cl + SiHCl 3
2SiH 3 Cl ↔ SiH 4 + SiH 2 Cl 2
SiH 4 ↔ Si + 2H 2

Hidrogen yang terhasil boleh digunakan di banyak tempat, tetapi perkara yang paling penting ialah silikon "elektronik" diperolehi, tulen, sangat tulen (99.9999999%). Tidak lama kemudian, benih ("titik pertumbuhan") diturunkan ke dalam cair silikon tersebut, yang secara beransur-ansur ditarik keluar dari mangkuk.

Akibatnya, apa yang dipanggil "boule" terbentuk - kristal tunggal setinggi orang dewasa. Beratnya sesuai - dalam pengeluaran muncung seperti itu seberat kira-kira 100 kg.

Jongkong diampelas dengan "sifar" :) dan dipotong dengan gergaji berlian. Keluaran ialah wafer (nama kod "wafer") kira-kira 1 mm tebal dan 300 mm diameter (~12 inci; ini adalah yang digunakan untuk proses 32nm dengan teknologi HKMG, High-K/Metal Gate).

Pada suatu masa dahulu, Intel menggunakan cakera dengan diameter 50mm (2"), dan dalam masa terdekat mereka sudah merancang untuk beralih kepada wafer dengan diameter 450mm - ini wajar sekurang-kurangnya dari sudut pandangan mengurangkan kos pengeluaran cip. Bercakap tentang penjimatan - semua kristal ini ditanam di luar Intel, untuk pengeluaran pemproses ia dibeli di tempat lain.

Setiap plat digilap, dibuat licin sempurna, menjadikan permukaannya bersinar cermin.

Pengeluaran cip terdiri daripada lebih daripada tiga ratus operasi, akibatnya lebih daripada 20 lapisan membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Marilah kita memikirkan secara ringkas mengenai peringkat yang paling penting.

Jadi. Ia adalah perlu untuk memindahkan struktur pemproses masa depan ke dalam wafer silikon yang digilap, iaitu, memasukkan kekotoran ke dalam kawasan tertentu wafer silikon, yang akhirnya membentuk transistor. Bagaimana hendak melakukannya?

Secara umum, menggunakan pelbagai lapisan pada substrat pemproses adalah sains keseluruhan, kerana walaupun dalam teori proses sedemikian tidak mudah.

Fotolitografi

Masalahnya diselesaikan menggunakan teknologi fotolitografi - proses etsa terpilih pada lapisan permukaan menggunakan topeng foto pelindung. Teknologi ini dibina berdasarkan prinsip "light-template-photoresist" dan meneruskan seperti berikut:

— Lapisan bahan digunakan pada substrat silikon dari mana corak akan dibentuk. Ia digunakan untuknya photoresist- lapisan bahan peka cahaya polimer yang mengubah sifat fizikal dan kimianya apabila disinari dengan cahaya.
- Dalam pengeluaran dedahan(pencahayaan lapisan foto untuk tempoh masa yang ditetapkan dengan tepat) melalui topeng foto
— Penyingkiran photoresist yang terpakai.

Struktur yang dikehendaki dilukis pada photomask - sebagai peraturan, ini adalah plat kaca optik di mana kawasan legap digunakan secara fotografi. Setiap templat tersebut mengandungi satu daripada lapisan pemproses masa hadapan, jadi ia mestilah sangat tepat dan praktikal.

Kadang-kadang adalah mustahil untuk mendepositkan bahan-bahan tertentu di tempat yang betul di atas pinggan, jadi lebih mudah untuk menggunakan bahan itu ke seluruh permukaan sekaligus, mengeluarkan lebihan dari tempat-tempat yang tidak diperlukan - imej di atas menunjukkan aplikasi photoresist berwarna biru.

Wafer disinari oleh aliran ion (atom bercas positif atau negatif), yang di tempat tertentu menembusi di bawah permukaan wafer dan mengubah sifat konduktif silikon (kawasan hijau tertanam atom asing).

Bagaimana untuk mengasingkan kawasan yang tidak memerlukan rawatan lanjut?

Sebelum litografi, filem pelindung dielektrik digunakan pada permukaan wafer silikon (pada suhu tinggi dalam ruang khas) - seperti yang telah saya katakan, bukannya silikon dioksida tradisional, Intel mula menggunakan dielektrik High-K.

Ia lebih tebal daripada silikon dioksida, tetapi pada masa yang sama ia mempunyai sifat kapasitif yang sama. Selain itu, disebabkan oleh peningkatan dalam ketebalan, arus bocor melalui dielektrik dikurangkan, dan sebagai hasilnya, ia telah menjadi mungkin untuk mendapatkan pemproses yang lebih cekap tenaga.

Secara umum, adalah lebih sukar untuk memastikan keseragaman filem ini di seluruh permukaan plat - sehubungan dengan ini, kawalan suhu ketepatan tinggi digunakan dalam pengeluaran.

Jadi begini. Di tempat-tempat yang akan dirawat dengan kekotoran, filem pelindung tidak diperlukan - ia dikeluarkan dengan teliti menggunakan etsa (mengeluarkan kawasan lapisan untuk membentuk struktur berbilang lapisan dengan sifat tertentu).

Bagaimanakah anda boleh mengeluarkannya bukan di mana-mana, tetapi hanya di kawasan yang betul? Untuk melakukan ini, perlu menggunakan satu lagi lapisan photoresist di atas filem - disebabkan oleh daya emparan plat berputar, ia digunakan dalam lapisan yang sangat nipis.

Dalam fotografi, cahaya melalui filem negatif, mengenai permukaan kertas fotografi, dan mengubah sifat kimianya. Dalam photolithography, prinsipnya adalah serupa: cahaya disalurkan melalui photomask ke photoresist, dan di tempat-tempat di mana ia melalui topeng, bahagian individu photoresist menukar sifat. Sinaran cahaya dihantar melalui topeng, yang tertumpu pada substrat.

Untuk pemfokusan yang tepat, sistem kanta atau cermin khas diperlukan, yang bukan sahaja dapat mengurangkan imej yang dipotong pada topeng kepada saiz cip, tetapi juga menayangkannya dengan tepat pada bahan kerja. Wafer yang dicetak biasanya empat kali lebih kecil daripada topeng itu sendiri.

Semua photoresist yang dibelanjakan (yang telah mengubah keterlarutannya di bawah pengaruh penyinaran) dikeluarkan dengan larutan kimia khas - bersama-sama dengannya, sebahagian daripada substrat di bawah photoresist yang diterangi juga larut. Bahagian substrat yang dilindungi daripada cahaya oleh topeng tidak akan larut.

Dia membentuk konduktor atau masa depan unsur aktif- hasil daripada pendekatan ini adalah corak litar yang berbeza pada setiap lapisan mikropemproses.

Sebenarnya, semua langkah sebelumnya adalah perlu untuk mencipta struktur semikonduktor di tempat yang diperlukan dengan memperkenalkan kekotoran penderma (jenis-n) atau penerima (jenis-p).

Katakan kita perlu mencipta kawasan kepekatan pembawa jenis-p dalam silikon, iaitu zon pengaliran lubang. Untuk melakukan ini, wafer diproses menggunakan peranti yang dipanggil implanter - ion boron dengan tenaga yang sangat besar dipecat daripada pemecut voltan tinggi dan diagihkan sama rata dalam zon tidak dilindungi yang terbentuk semasa fotolitografi.

Di mana dielektrik telah dikeluarkan, ion menembusi ke dalam lapisan silikon yang tidak dilindungi - jika tidak, ia menjadi "terperangkap" dalam dielektrik. Selepas proses etsa seterusnya, baki dielektrik dikeluarkan, dan zon kekal pada plat di mana terdapat boron tempatan.

Ia adalah jelas bahawa pemproses moden mungkin terdapat beberapa lapisan sedemikian - dalam kes ini, lapisan dielektrik sekali lagi ditanam pada lukisan yang terhasil dan kemudian semuanya mengikuti laluan yang dilalui dengan baik - satu lagi lapisan photoresist, proses fotolitografi (menggunakan topeng baru), etsa, implantasi. .. baik, anda mendapat idea itu.

Saiz ciri transistor kini 32 nm, dan panjang gelombang yang diproses silikon bukanlah cahaya biasa, tetapi laser excimer ultraviolet khas - 193 nm. Walau bagaimanapun, undang-undang optik tidak membenarkan menyelesaikan dua objek yang terletak pada jarak kurang daripada separuh panjang gelombang. Ini berlaku kerana pembelauan cahaya. Apa patut saya buat?

Gunakan pelbagai helah - contohnya, sebagai tambahan kepada laser excimer yang disebutkan, yang bersinar jauh dalam spektrum ultraviolet, fotolitografi moden menggunakan optik reflektif berbilang lapisan menggunakan topeng khas dan proses khas fotolitografi rendaman (submersible).

Unsur logik yang terbentuk semasa proses fotolitografi mesti disambungkan antara satu sama lain. Untuk melakukan ini, plat diletakkan dalam larutan tembaga sulfat, di mana, di bawah pengaruh arus elektrik, atom logam "menetap" dalam "laluan" yang tinggal - akibat daripada proses galvanik ini, kawasan konduktif terbentuk , mewujudkan hubungan antara dalam bahagian yang berasingan pemproses "logik".

Salutan konduktif yang berlebihan dikeluarkan dengan menggilap.

Bahagian yang paling sukar telah berakhir. Dibiarkan dengan cara yang licik sambungkan "sisa" transistor - prinsip dan urutan semua sambungan (bas) ini dipanggil seni bina pemproses.

Sambungan ini berbeza untuk setiap pemproses - walaupun litar kelihatan rata, dalam beberapa kes sehingga 30 tahap "wayar" sedemikian boleh digunakan.

Dari jauh (dengan sangat pembesaran tinggi) semua ini kelihatan seperti persimpangan jalan yang futuristik - dan seseorang sedang mereka bentuk kusut ini!

Apabila pemprosesan wafer selesai, wafer dipindahkan dari pengeluaran ke kedai pemasangan dan ujian. Di sana, kristal menjalani ujian pertama, dan yang lulus ujian (dan ini adalah sebahagian besar) dipotong dari substrat dengan peranti khas.

Pada peringkat seterusnya, pemproses dibungkus ke dalam substrat (dalam gambar - pemproses Intel Core i5, yang terdiri daripada CPU dan cip grafik HD).

Substrat, kristal dan penutup pengagihan haba disambungkan bersama - inilah produk yang akan kami maksudkan apabila kami menyebut perkataan "pemproses".

Substrat hijau mencipta antara muka elektrik dan mekanikal (emas digunakan untuk menyambung elektrik cip silikon ke badan), yang mana ia akan menjadi pemasangan yang mungkin pemproses ke dalam soket motherboard - sebenarnya, ini hanyalah platform di mana kenalan dari cip kecil dialihkan.

Penutup pengagihan haba ialah antara muka terma yang menyejukkan pemproses semasa operasi - pada penutup inilah sistem penyejukan akan dipasang, sama ada radiator yang lebih sejuk atau blok air yang sihat.

Soket (penyambung CPU) ialah soket atau penyambung slot yang direka untuk memasang pemproses pusat.

Menggunakan soket dan bukannya memateri terus pemproses ke papan induk menjadikannya lebih mudah untuk menggantikan pemproses untuk menaik taraf atau membaiki komputer anda.

Penyambung boleh digunakan untuk memasang pemproses itu sendiri atau kad CPU (contohnya, dalam Pegasos). Setiap slot membenarkan pemasangan hanya jenis pemproses atau kad CPU tertentu.

Pada peringkat akhir pengeluaran pemproses siap sedia menjalani ujian akhir untuk memastikan pematuhan dengan ciri asas - jika semuanya teratur, maka pemproses diisih mengikut susunan yang diperlukan ke dalam dulang khas - dalam bentuk ini pemproses akan pergi ke pengilang atau pergi ke jualan OEM.

Satu lagi kumpulan akan dijual sebagai versi BOX - dalam kotak yang cantik bersama sistem penyejukan stok.

Sekarang bayangkan bahawa sebuah syarikat mengumumkan, sebagai contoh, 20 pemproses baharu. Kesemuanya berbeza - bilangan teras, saiz cache, teknologi yang disokong...

Setiap model pemproses menggunakan bilangan transistor tertentu (mengira dalam berjuta-juta malah berbilion-bilion), prinsipnya sendiri untuk menyambung elemen... Dan semua ini mesti direka bentuk dan dicipta/automatik - templat, kanta, litograf, ratusan parameter untuk setiap proses , ujian...

Dan semua ini harus berfungsi sepanjang masa, di beberapa kilang sekaligus...

Akibatnya, peranti sepatutnya kelihatan tidak mempunyai ruang untuk kesilapan dalam operasi, dan kos karya agung teknologi ini harus berada dalam batas kesopanan.

Bagaimanakah litar mikro dibuat?

Untuk memahami apakah perbezaan utama antara kedua-dua teknologi ini, adalah perlu untuk mengambil lawatan singkat ke dalam teknologi pengeluaran pemproses moden atau litar bersepadu.

Seperti yang diketahui dari kursus fizik sekolah, dalam elektronik moden Komponen utama litar bersepadu ialah semikonduktor jenis-p dan jenis-n (bergantung kepada jenis kekonduksian). Semikonduktor ialah bahan yang kekonduksiannya lebih tinggi daripada dielektrik, tetapi lebih rendah daripada logam. Asas kedua-dua jenis semikonduktor boleh menjadi silikon (Si), yang bentuk tulen(yang dipanggil semikonduktor intrinsik) tidak mengalirkan arus elektrik dengan baik, tetapi penambahan (pengenalan) kekotoran tertentu ke dalam silikon secara radikal boleh mengubah sifat konduktifnya. Terdapat dua jenis kekotoran: penderma dan penerima. Kekotoran penderma membawa kepada pembentukan semikonduktor jenis-n c jenis elektronik kekonduksian, dan penerima satu membawa kepada pembentukan semikonduktor jenis-p dengan kekonduksian jenis lubang. Kenalan p- dan n-konduktor membenarkan pembentukan asas transistor elemen struktur litar mikro moden. Transistor ini, dipanggil transistor CMOS, boleh wujud dalam dua keadaan asas: terbuka, apabila ia mengalirkan elektrik, dan mati, apabila ia tidak mengalirkan elektrik. Memandangkan transistor CMOS adalah elemen utama litar mikro moden, mari kita bincangkan dengan lebih terperinci.

Bagaimanakah transistor CMOS berfungsi?

Transistor CMOS jenis n yang paling mudah mempunyai tiga elektrod: sumber, pintu dan longkang. Transistor itu sendiri diperbuat daripada semikonduktor jenis-p dengan kekonduksian lubang, dan semikonduktor jenis-n dengan kekonduksian elektronik terbentuk di kawasan longkang dan sumber. Sememangnya, disebabkan oleh resapan lubang dari p-rantau ke n-rantau dan resapan terbalik elektron dari n-rantau ke p-rantau, lapisan penyusutan (lapisan di mana tiada pembawa cas utama) terbentuk. pada sempadan peralihan kawasan p- dan n. Dalam keadaan normalnya, iaitu, apabila tiada voltan digunakan pada pintu masuk, transistor berada dalam keadaan "terkunci", iaitu, ia tidak dapat mengalirkan arus dari sumber ke longkang. Keadaan tidak berubah walaupun voltan dikenakan antara longkang dan punca (kami tidak mengambil kira arus kebocoran yang disebabkan oleh pergerakan di bawah pengaruh medan elektrik yang dihasilkan oleh pembawa cas minoriti, iaitu lubang untuk n-region dan elektron untuk p-region).

Walau bagaimanapun, jika potensi positif digunakan pada pintu masuk (Rajah 1), keadaan akan berubah secara radikal. Di bawah pengaruh medan elektrik pintu gerbang, lubang ditolak jauh ke dalam semikonduktor p, dan elektron, sebaliknya, ditarik ke dalam kawasan di bawah pintu gerbang, membentuk saluran yang kaya elektron antara sumber dan longkang. Jika voltan positif dikenakan pada get, elektron ini mula bergerak dari sumber ke longkang. Dalam kes ini, transistor mengalirkan arus; transistor dikatakan "terbuka." Jika voltan get dikeluarkan, elektron berhenti ditarik ke kawasan antara sumber dan longkang, saluran pengalir dimusnahkan dan transistor berhenti menghantar arus, iaitu, ia "dimatikan." Oleh itu, dengan menukar voltan get, anda boleh membuka atau menutup transistor, sama seperti cara anda boleh menghidupkan atau mematikan suis togol biasa, mengawal aliran arus melalui litar. Inilah sebabnya mengapa transistor kadang-kadang dipanggil suis elektronik. Walau bagaimanapun, tidak seperti suis mekanikal konvensional, transistor CMOS hampir bebas inersia dan mampu bertukar dari hidup kepada mati trilion kali sesaat! Ciri ini, iaitu, keupayaan untuk menukar serta-merta, yang akhirnya menentukan prestasi pemproses, yang terdiri daripada berpuluh-puluh juta transistor mudah tersebut.

Jadi, moden litar bersepadu terdiri daripada berpuluh-puluh juta transistor CMOS mudah. Marilah kita membincangkan dengan lebih terperinci mengenai proses pembuatan litar mikro, peringkat pertamanya ialah pengeluaran substrat silikon.

Langkah 1. Tumbuh kosong

Penciptaan substrat tersebut bermula dengan menumbuhkan kristal tunggal silikon silinder. Selepas itu, kosong (kosong) monohabluran ini dipotong menjadi wafer bulat (wafer), ketebalannya lebih kurang 1/40 inci dan diameternya ialah 200 mm (8 inci) atau 300 mm (12 inci). Ini adalah substrat silikon yang digunakan untuk penghasilan litar mikro.

Apabila membentuk wafer daripada kristal tunggal silikon, fakta bahawa untuk struktur kristal yang ideal sifat fizikal sebahagian besarnya bergantung pada arah yang dipilih (sifat anisotropi) diambil kira. Sebagai contoh, rintangan substrat silikon akan berbeza dalam arah membujur dan melintang. Begitu juga, bergantung pada orientasi kekisi kristal, kristal silikon akan bertindak balas secara berbeza kepada sebarang pengaruh luar yang berkaitan dengan pemprosesan selanjutnya (contohnya, etsa, sputtering, dll.). Oleh itu, plat mesti dipotong daripada kristal tunggal sedemikian rupa sehingga orientasi kekisi kristal berbanding permukaan dikekalkan dengan ketat dalam arah tertentu.

Seperti yang telah dinyatakan, diameter bahan kerja kristal tunggal silikon adalah sama ada 200 atau 300 mm. Selain itu, diameter adalah 300 mm ini adalah relatif Teknologi baru, yang akan kita bincangkan di bawah. Adalah jelas bahawa plat diameter ini boleh memuatkan lebih daripada satu litar mikro, walaupun kita bercakap tentang pemproses Intel Pentium 4. Sesungguhnya, beberapa dozen litar mikro (pemproses) terbentuk pada satu plat substrat sedemikian, tetapi untuk kesederhanaan, kita akan pertimbangkan hanya proses yang berlaku pada kawasan kecil satu mikropemproses masa hadapan.

Langkah 2. Memohon filem pelindung dielektrik (SiO2)

Selepas pembentukan substrat silikon, peringkat mencipta struktur semikonduktor kompleks bermula.

Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk memperkenalkan kekotoran penderma dan penerima yang dipanggil ke dalam silikon. Walau bagaimanapun, persoalan timbul: bagaimana untuk memperkenalkan kekotoran mengikut corak yang ditentukan dengan tepat? Untuk membolehkan ini, kawasan di mana kekotoran tidak perlu diperkenalkan dilindungi dengan filem khas silikon dioksida, hanya meninggalkan kawasan terdedah yang tertakluk kepada pemprosesan selanjutnya (Gamb. 2). Proses membentuk filem pelindung seperti corak yang dikehendaki terdiri daripada beberapa peringkat.

Pada peringkat pertama, keseluruhan wafer silikon ditutup sepenuhnya dengan filem nipis silikon dioksida (SiO2), yang merupakan penebat yang sangat baik dan bertindak sebagai filem pelindung semasa pemprosesan selanjutnya bagi kristal silikon. Wafer diletakkan di dalam ruang di mana, pada suhu tinggi (dari 900 hingga 1100 °C) dan tekanan, oksigen meresap ke dalam lapisan permukaan wafer, membawa kepada pengoksidaan silikon dan pembentukan lapisan permukaan silikon dioksida. Agar filem silikon dioksida mempunyai ketebalan yang ditentukan dengan tepat dan bebas daripada kecacatan, adalah perlu untuk mengekalkan suhu malar dengan ketat pada semua titik wafer semasa proses pengoksidaan. Jika tidak keseluruhan wafer akan ditutup dengan filem silikon dioksida, maka topeng Si3N4 mula-mula digunakan pada substrat silikon untuk mengelakkan pengoksidaan yang tidak diingini.

Langkah 3. Menggunakan photoresist

Selepas substrat silikon ditutup dengan filem pelindung silikon dioksida, adalah perlu untuk mengeluarkan filem ini dari kawasan yang akan tertakluk kepada pemprosesan selanjutnya. Filem itu dikeluarkan dengan mengetsa, dan untuk melindungi kawasan yang tinggal daripada goresan, lapisan yang dipanggil photoresist digunakan pada permukaan wafer. Istilah "photoresists" merujuk kepada sebatian yang peka cahaya dan tahan terhadap faktor agresif. Komposisi yang digunakan mesti mempunyai, dalam satu tangan, sifat fotografi tertentu (di bawah pengaruh cahaya ultraungu mereka menjadi larut dan dibasuh semasa proses etsa), dan sebaliknya, rintangan, membolehkan mereka menahan goresan dalam asid dan alkali. , pemanasan, dsb. Tujuan utama photoresists adalah untuk mencipta pelepasan pelindung bagi konfigurasi yang diingini.

Proses menggunakan photoresist dan penyinaran selanjutnya dengan cahaya ultraungu mengikut corak tertentu dipanggil photolithography dan termasuk operasi asas berikut: pembentukan lapisan photoresist (pemprosesan substrat, aplikasi, pengeringan), pembentukan pelepasan pelindung (pendedahan, pembangunan). , pengeringan) dan pemindahan imej ke substrat (goresan, sputtering dsb.).

Sebelum menggunakan lapisan photoresist (Rajah 3) pada substrat, yang terakhir tertakluk kepada pra-rawatan, akibatnya lekatannya pada lapisan photoresist bertambah baik. Untuk menggunakan lapisan seragam photoresist, kaedah sentrifugasi digunakan. Substrat diletakkan pada cakera berputar (centrifuge), dan di bawah pengaruh daya emparan, photoresist diedarkan ke atas permukaan substrat dalam lapisan yang hampir seragam. (Apabila bercakap tentang lapisan yang hampir seragam, kita mengambil kira hakikat bahawa di bawah pengaruh daya emparan, ketebalan filem yang dihasilkan meningkat dari tengah ke tepi, bagaimanapun, kaedah penggunaan photoresist ini dapat menahan turun naik dalam lapisan ketebalan dalam ±10%.)

Langkah 4. Litografi

Selepas menggunakan dan mengeringkan lapisan photoresist, peringkat pembentukan pelepasan pelindung yang diperlukan bermula. Pelepasan itu terbentuk akibat fakta bahawa di bawah pengaruh sinaran ultraviolet yang jatuh pada kawasan tertentu lapisan fotoresist, yang terakhir mengubah sifat keterlarutan, contohnya, kawasan yang diterangi berhenti larut dalam pelarut, yang menghilangkan kawasan lapisan yang tidak terdedah kepada pencahayaan, atau sebaliknya - kawasan yang diterangi larut. Berdasarkan kaedah pembentukan pelepasan, photoresists dibahagikan kepada negatif dan positif. Fotoresist negatif, apabila terdedah kepada sinaran ultraungu, membentuk kawasan pelepasan pelindung. Photoresists positif, sebaliknya, di bawah pengaruh sinaran ultraviolet memperoleh sifat kecairan dan dibasuh oleh pelarut. Sehubungan itu, lapisan pelindung terbentuk di kawasan yang tidak terdedah kepada penyinaran ultraungu.

Untuk menerangi kawasan lapisan photoresist yang dikehendaki, templat topeng khas digunakan. Selalunya, plat kaca optik dengan unsur legap yang diperoleh secara fotografi atau sebaliknya digunakan untuk tujuan ini. Malah, templat sedemikian mengandungi lukisan salah satu lapisan litar mikro masa depan (boleh terdapat beberapa ratus lapisan sedemikian secara keseluruhan). Memandangkan templat ini adalah rujukan, ia mesti dibuat dengan ketepatan yang tinggi. Di samping itu, dengan mengambil kira fakta bahawa banyak plat foto akan dibuat daripada satu topeng foto, ia mesti tahan lama dan tahan terhadap kerosakan. Dari sini jelas bahawa photomask adalah perkara yang sangat mahal: bergantung kepada kerumitan litar mikro, ia boleh menelan belanja puluhan ribu dolar.

Sinaran ultraungu, melalui templat sedemikian (Rajah 4), menerangi hanya kawasan yang diperlukan pada permukaan lapisan fotoresist. Selepas penyinaran, photoresist mengalami pembangunan, akibatnya kawasan lapisan yang tidak perlu dikeluarkan. Ini mendedahkan bahagian lapisan silikon dioksida yang sepadan.

Walaupun proses fotolitografi mudah dilihat, peringkat pengeluaran litar mikro inilah yang paling kompleks. Hakikatnya, mengikut ramalan Moore, bilangan transistor pada satu cip meningkat secara eksponen (berganda setiap dua tahun). Peningkatan bilangan transistor seperti itu hanya mungkin disebabkan oleh pengurangan saiznya, tetapi penurunan yang "bersandar" pada proses litografi adalah tepat. Untuk menjadikan transistor lebih kecil, adalah perlu untuk mengurangkan dimensi geometri garis yang digunakan pada lapisan fotoresist. Tetapi ada had untuk semua fokus sinar laser hingga ke tahap ternyata tidak begitu mudah. Hakikatnya, selaras dengan undang-undang optik gelombang saiz minimum Tempat di mana pancaran laser difokuskan (sebenarnya, ia bukan hanya titik, tetapi corak pembelauan) ditentukan, antara faktor lain, oleh panjang gelombang cahaya. Perkembangan teknologi litografi sejak dicipta pada awal 70-an telah menuju ke arah mengurangkan panjang gelombang cahaya. Inilah yang memungkinkan untuk mengurangkan saiz elemen litar bersepadu. Sejak pertengahan 80-an, fotolitografi mula menggunakan sinaran ultraviolet yang dihasilkan oleh laser. Ideanya mudah: panjang gelombang sinaran ultraungu adalah lebih pendek daripada panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat, oleh itu adalah mungkin untuk mendapatkan garisan yang lebih halus pada permukaan fotoresist. Sehingga baru-baru ini, litografi menggunakan sinaran ultraungu dalam (DUV) dengan panjang gelombang 248 nm. Walau bagaimanapun, apabila fotolitografi bergerak melebihi 200 nm, masalah serius timbul yang buat pertama kali menimbulkan keraguan terhadap penggunaan berterusan teknologi ini. Sebagai contoh, pada panjang gelombang kurang daripada 200 mikron, terlalu banyak cahaya diserap oleh lapisan fotosensitif, dengan itu merumitkan dan memperlahankan proses pemindahan templat litar ke pemproses. Masalah seperti ini mendorong penyelidik dan pengilang untuk mencari alternatif kepada teknologi litografi tradisional.

Teknologi litografi baharu, yang dipanggil litografi EUV (sinaran ultraungu ultra-keras UltraViolet Extreme), adalah berdasarkan penggunaan sinaran ultraungu dengan panjang gelombang 13 nm.

Peralihan daripada litografi DUV kepada EUV memberikan pengurangan lebih daripada 10 kali ganda dalam panjang gelombang dan peralihan kepada julat di mana ia boleh dibandingkan dengan saiz hanya beberapa puluh atom.

Teknologi litografi semasa membenarkan corak dengan lebar konduktor minimum 100 nm, manakala litografi EUV membolehkan untuk mencetak garisan dengan lebar yang jauh lebih kecil - sehingga 30 nm. Mengawal sinaran ultrashort tidak semudah yang disangka. Memandangkan sinaran EUV diserap dengan baik oleh kaca, teknologi baharu ini melibatkan penggunaan satu siri empat cermin cembung khas yang mengurangkan dan memfokuskan imej yang diperoleh selepas menggunakan topeng (Rajah 5, ,). Setiap cermin tersebut mengandungi 80 lapisan logam individu dengan ketebalan kira-kira 12 atom.

Langkah 5: Mengukir

Selepas mendedahkan lapisan photoresist, peringkat etsa mula mengeluarkan filem silikon dioksida (Rajah 8).

Proses etsa sering dikaitkan dengan mandian asid. Kaedah etsa asid ini terkenal dengan radio amatur yang telah membuat papan litar bercetak mereka sendiri. Untuk melakukan ini, corak trek untuk papan masa depan digunakan pada PCB bersalut foil dengan varnis, yang bertindak sebagai lapisan pelindung, dan kemudian plat diturunkan ke dalam mandi asid nitrik. Bahagian kerajang yang tidak diperlukan terukir, mendedahkan PCB bersih. Kaedah ini mempunyai beberapa kelemahan, yang utama adalah ketidakupayaan untuk mengawal proses penyingkiran lapisan dengan tepat, kerana terlalu banyak faktor mempengaruhi proses etsa: kepekatan asid, suhu, perolakan, dll. Di samping itu, asid berinteraksi dengan bahan dalam semua arah dan secara beransur-ansur menembusi di bawah pinggir topeng photoresist, iaitu, ia memusnahkan lapisan yang ditutup dengan photoresist dari sisi. Oleh itu, dalam pengeluaran pemproses, kaedah etsa kering, juga dipanggil plasma, digunakan. Kaedah ini membolehkan kawalan tepat proses etsa, dan pemusnahan lapisan terukir berlaku dengan ketat dalam arah menegak.

Goresan kering menggunakan gas terion (plasma) untuk mengeluarkan silikon dioksida daripada permukaan wafer, yang bertindak balas dengan permukaan silikon dioksida untuk menghasilkan produk sampingan yang tidak menentu.

Selepas prosedur etsa, iaitu apabila terdedah kawasan yang diperlukan silikon tulen, bahagian yang tinggal pada lapisan foto dikeluarkan. Oleh itu, corak yang dibuat oleh silikon dioksida kekal pada substrat silikon.

Langkah 6. Resapan (implantasi ion)

Mari kita ingat bahawa proses sebelumnya untuk membentuk corak yang diperlukan pada substrat silikon diperlukan untuk mencipta struktur semikonduktor di tempat yang betul dengan memperkenalkan kekotoran penderma atau penerima. Proses memasukkan bendasing dijalankan melalui resapan (Gamb. 9) pengenalan seragam atom bendasing ke dalam kekisi kristal silikon. Untuk mendapatkan semikonduktor jenis-n, antimoni, arsenik atau fosforus biasanya digunakan. Untuk mendapatkan semikonduktor jenis-p, boron, galium atau aluminium digunakan sebagai bendasing.

Implantasi ion digunakan untuk proses resapan dopan. Proses implantasi terdiri daripada ion kekotoran yang dikehendaki "ditembak" daripada pemecut voltan tinggi dan, mempunyai tenaga yang mencukupi, menembusi ke dalam lapisan permukaan silikon.

Jadi, pada akhir peringkat implantasi ion, lapisan struktur semikonduktor yang diperlukan telah dicipta. Walau bagaimanapun, dalam mikropemproses mungkin terdapat beberapa lapisan sedemikian. Untuk mencipta lapisan seterusnya dalam corak litar yang terhasil, lapisan nipis tambahan silikon dioksida ditanam. Selepas ini, lapisan silikon polihabluran dan satu lagi lapisan photoresist diendapkan. Sinaran ultraungu disalurkan melalui topeng kedua dan menyerlahkan corak yang sepadan pada lapisan foto. Kemudian sekali lagi peringkat melarutkan lapisan foto, etsa dan implantasi ion mengikuti.

Langkah 7. Sputtering dan pemendapan

Penggunaan lapisan baru dilakukan beberapa kali, manakala untuk sambungan interlayer "tingkap" ditinggalkan di lapisan, yang diisi dengan atom logam; Akibatnya, kawasan konduktor jalur logam dicipta pada kristal. Dengan cara ini, pemproses moden mewujudkan sambungan antara lapisan yang membentuk litar tiga dimensi yang kompleks. Proses pertumbuhan dan pemprosesan semua lapisan berlangsung beberapa minggu, dan kitaran pengeluaran itu sendiri terdiri daripada lebih daripada 300 peringkat. Akibatnya, beratus-ratus pemproses yang sama terbentuk pada wafer silikon.

Untuk menahan kesan yang terdedah kepada wafer semasa proses pelapisan, wafer silikon pada mulanya dibuat agak tebal. Oleh itu, sebelum memotong wafer ke dalam pemproses individu, ketebalannya dikurangkan sebanyak 33% dan kotoran dikeluarkan dari bahagian belakang. Kemudian pada bahagian belakang Substrat disalut dengan lapisan bahan khas yang menambah baik lampiran kristal ke badan pemproses masa depan.

Langkah 8. Peringkat akhir

Pada akhir kitaran pembentukan, semua pemproses diuji dengan teliti. Kemudian dari plat substrat menggunakan peranti khas hablur tertentu yang telah lulus ujian dipotong (Rajah 10).

Setiap mikropemproses terbina dalam perumahan pelindung, yang juga menyediakan sambungan elektrik antara cip mikropemproses dan peranti luaran. Jenis perumahan bergantung pada jenis dan penggunaan mikropemproses yang dimaksudkan.

Selepas mengelak dalam kes itu, setiap mikropemproses diuji semula. Pemproses yang rosak ditolak, dan yang berfungsi tertakluk kepada ujian beban. Pemproses kemudian diisih berdasarkan kelakuannya pada kelajuan jam dan voltan bekalan yang berbeza.

Teknologi yang menjanjikan

Kami telah mempertimbangkan proses teknologi menghasilkan litar mikro (khususnya, pemproses) dengan cara yang sangat mudah. Tetapi walaupun persembahan cetek sedemikian membolehkan kita memahami kesukaran teknologi yang dihadapi apabila mengurangkan saiz transistor.

Walau bagaimanapun, sebelum mempertimbangkan teknologi baru yang menjanjikan, kami akan menjawab soalan yang dikemukakan pada awal artikel: apakah standard reka bentuk proses teknologi dan bagaimana sebenarnya, standard reka bentuk 130 nm berbeza daripada standard 180 nm? 130 nm atau 180 nm ini ialah jarak minimum ciri antara dua elemen bersebelahan dalam satu lapisan litar mikro, iaitu, sejenis langkah grid yang mana unsur litar mikro dihubungkan. Agak jelas bahawa lebih kecil saiz ciri ini, lebih banyak transistor boleh diletakkan pada kawasan yang sama litar mikro.

Pada masa ini, pemproses Intel menggunakan 0.13-mikron proses teknologi. Pemproses dihasilkan menggunakan teknologi ini Intel Pentium 4 dengan teras Northwood, pemproses Intel Pentium III dengan teras dan pemproses Tualatin Intel Celeron. Apabila menggunakan proses teknologi sedemikian, lebar saluran berguna transistor ialah 60 nm, dan ketebalan lapisan oksida pintu tidak melebihi 1.5 nm. Secara keseluruhan, pemproses Intel Pentium 4 mengandungi 55 juta transistor.

Seiring dengan peningkatan ketumpatan transistor dalam cip pemproses, teknologi 0.13-mikron, yang menggantikan teknologi 0.18-mikron, mempunyai inovasi lain. Pertama, ia menggunakan sambungan tembaga antara transistor individu (dalam teknologi 0.18 mikron sambungannya adalah aluminium). Kedua, teknologi 0.13-mikron memberikan penggunaan kuasa yang lebih rendah. Untuk peralatan mudah alih, sebagai contoh, ini bermakna penggunaan kuasa mikropemproses menjadi kurang dan hayat bateri lebih lama.

Nah, inovasi terakhir yang dilaksanakan semasa peralihan kepada proses teknologi 0.13 mikron ialah penggunaan wafer silikon (wafer) dengan diameter 300 mm. Mari kita ingat bahawa sebelum ini, kebanyakan pemproses dan litar mikro dihasilkan berdasarkan wafer 200 mm.

Meningkatkan diameter wafer memungkinkan untuk mengurangkan kos setiap pemproses dan meningkatkan hasil produk berkualiti yang mencukupi. Sesungguhnya, luas wafer dengan diameter 300 mm adalah 2.25 kali lebih besar daripada luas wafer dengan diameter 200 mm, dan dengan itu, bilangan pemproses yang diperoleh daripada satu wafer dengan diameter 300 mm adalah lebih daripada dua kali lebih besar.

Pada tahun 2003, proses teknologi baharu dengan standard reka bentuk yang lebih kecil dijangka akan diperkenalkan, iaitu 90-nanometer. Proses baharu yang mana Intel akan mengeluarkan kebanyakan produknya, termasuk pemproses, set cip dan peralatan komunikasi, telah dibangunkan di kilang perintis wafer D1C 300mm Intel di Hillsboro, Oregon.

Pada 23 Oktober 2002, Intel mengumumkan pembukaan kemudahan baru $2 bilion di Rio Rancho, New Mexico. Kilang baharu, yang dipanggil F11X, akan digunakan Teknologi moden, yang akan menghasilkan pemproses pada wafer 300 mm menggunakan teknologi proses dengan norma reka bentuk 0.13 mikron. Pada tahun 2003, kilang itu akan dipindahkan ke proses teknologi dengan standard reka bentuk 90 nm.

Selain itu, Intel telah pun mengumumkan penyambungan semula pembinaan kemudahan pengeluaran lain di Fab 24 di Leixlip (Ireland), yang direka untuk menghasilkan komponen semikonduktor pada wafer silikon 300 mm dengan standard reka bentuk 90 nm. Sebuah perusahaan baru dengan keluasan lebih daripada 1 juta meter persegi. kaki dengan bilik yang bersih terutamanya dengan keluasan 160 ribu meter persegi. ft. dijangka beroperasi pada separuh pertama 2004 dan akan menggaji lebih seribu pekerja. Kos kemudahan itu adalah kira-kira 2 bilion dolar.

Proses 90nm menggunakan pelbagai teknologi canggih. Ini adalah transistor CMOS yang dihasilkan secara besar-besaran terkecil di dunia dengan panjang get 50 nm (Rajah 11), yang memberikan peningkatan prestasi sambil mengurangkan penggunaan kuasa, dan lapisan get oksida paling nipis bagi mana-mana transistor yang pernah dihasilkan - hanya 1.2 nm (Rajah 1). 12), atau kurang daripada 5 lapisan atom, dan pelaksanaan pertama industri teknologi silikon tegang berprestasi tinggi.

Daripada ciri yang disenaraikan, mungkin hanya konsep "silikon tegang" yang memerlukan ulasan (Rajah 13). Dalam silikon sedemikian, jarak antara atom lebih besar daripada dalam semikonduktor konvensional. Ini seterusnya membolehkan arus mengalir dengan lebih bebas, sama seperti cara trafik bergerak dengan lebih bebas dan lebih laju di jalan raya dengan lorong yang lebih luas.

Hasil daripada semua inovasi, pekerja bertambah baik sebanyak 10-20%. ciri transistor, dengan peningkatan kos pengeluaran hanya 2%.

Selain itu, proses 90nm menggunakan tujuh lapisan pada cip (Rajah 14), satu lapisan lebih daripada proses 130nm, serta sambung tembaga.

Semua ciri ini, digabungkan dengan wafer silikon 300mm, memberikan Intel faedah dalam prestasi, volum pengeluaran dan kos. Pengguna juga mendapat manfaat, kerana teknologi proses baharu Intel membolehkan industri terus berkembang mengikut Undang-undang Moore, meningkatkan prestasi pemproses sekali lagi.