Ang mga modernong microprocessor ay ang pinakamabilis at pinakamatalinong chips sa mundo. Maaari silang magsagawa ng hanggang 4 na bilyong operasyon kada segundo at ginagawa gamit ang maraming iba't ibang teknolohiya. Mula noong simula ng 90s ng ika-20 siglo, nang ang mga processor ay ginamit nang maramihan, dumaan sila sa ilang mga yugto ng pag-unlad. Ang apogee ng pagbuo ng microprocessor structures gamit mga umiiral na teknolohiya microprocessors ng ika-6 na henerasyon, naging 2002, nang ito ay naging magagamit na gamit lahat ng mga pangunahing katangian ng silikon upang makakuha ng mataas na frequency na may kaunting pagkalugi sa panahon ng produksyon at paglikha mga logic circuit. Ngayon ang kahusayan ng mga bagong processor ay medyo bumabagsak sa kabila ng patuloy na pagtaas sa dalas ng pagpapatakbo ng mga kristal, dahil ang mga teknolohiya ng silikon ay lumalapit sa limitasyon ng kanilang mga kakayahan.

Microprocessoray isang integrated circuit na nabuo sa isang maliit na silikon na kristal. Ang Silicon ay ginagamit sa microcircuits dahil sa ang katunayan na ito ay may mga katangian ng semiconductor: ang electrical conductivity nito ay mas malaki kaysa sa dielectrics, ngunit mas mababa kaysa sa mga metal. Ang silikon ay maaaring gawing parehong insulator, na pumipigil sa paggalaw ng mga singil sa kuryente, at isang konduktor - pagkatapos mga singil sa kuryente malayang dadaan dito. Ang conductivity ng isang semiconductor ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagpasok ng mga impurities.

Ang microprocessor ay naglalaman ng milyun-milyong transistor na konektado sa isa't isa ng manipis na conductor na gawa sa aluminyo o tanso at ginagamit upang iproseso ang data. Ito ay kung paano sila nabuo panloob na gulong. Bilang isang resulta, ang microprocessor ay gumaganap ng maraming mga pag-andar - mula sa matematika at lohikal na operasyon sa pagkontrol sa pagpapatakbo ng iba pang mga chip at ng buong computer.

Ang isa sa mga pangunahing parameter ng microprocessor ay ang operating frequency ng kristal, na tumutukoy sa bilang ng mga operasyon sa bawat yunit ng oras, ang operating frequency sistemang bus, laki ng internal na cache memory SRAM . Ang processor ay may label ayon sa operating frequency ng kristal. Ang dalas ng pagpapatakbo ng kristal ay tinutukoy ng dalas ng paglipat ng mga transistor mula sa isang saradong estado sa isang bukas na estado. Ang kakayahan ng isang transistor na lumipat nang mas mabilis ay tinutukoy ng teknolohiya ng produksyon ng mga wafer ng silikon kung saan ginawa ang mga chips. Tinutukoy ng dimensyon ng teknolohikal na proseso ang mga sukat ng transistor (ang kapal nito at haba ng gate). Halimbawa, gamit ang teknolohiyang proseso ng 90nm, na ipinakilala noong unang bahagi ng 2004, ang laki ng transistor ay 90nm at ang haba ng gate ay 50nm.

Ginagamit ng lahat ng modernong processor field effect transistors. Ang paglipat sa isang bagong teknikal na proseso ay ginagawang posible na lumikha ng mga transistor na may mas mataas na mga frequency ng switching, mas mababang mga leakage current, at mas maliliit na laki. Ang pagbabawas ng laki nang sabay-sabay ay binabawasan ang lugar ng chip at samakatuwid ay ang pagwawaldas ng init, at ang thinner na gate ay nagbibigay-daan sa mas mababang switching boltahe na maibigay, na binabawasan din ang pagkonsumo ng kuryente at pag-aalis ng init.

Ang 90 nm na pamantayan ng teknolohiya ay naging isang seryosong teknolohikal na hadlang para sa maraming mga tagagawa ng chip. Kinumpirma ito ng kumpanya TSMC , na gumagawa ng mga chips para sa maraming higante sa merkado tulad ng mga kumpanya AMD, nVidia, ATI, VIA . Sa loob ng mahabang panahon, hindi nito nagawang ayusin ang produksyon ng mga chips gamit ang 0.09 micron na teknolohiya, na humantong sa isang mababang ani ng magagamit na mga kristal. Isa ito sa mga dahilan kung bakit AMD naantala ang paglabas ng mga processor nito na may teknolohiya sa loob ng mahabang panahon SOI (Silicon - on - Insulator ). Ito ay dahil sa ang katunayan na ito ay tiyak na sa sukat na ito ng mga elemento na ang lahat ng mga uri ng dati ay hindi masyadong kapansin-pansin na mga negatibong kadahilanan ay nagsimulang malakas na magpakita ng kanilang mga sarili, tulad ng pagtagas ng mga alon, isang malaking scatter ng mga parameter at isang exponential na pagtaas sa henerasyon ng init.

Mayroong dalawang leakage currents: gate leakage current at subthreshold leakage. Una sanhi ng kusang paggalaw ng mga electron sa pagitan ng substrate ng silicon channel at ng polysilicon gate. Pangalawa – kusang paggalaw ng mga electron mula sa pinagmumulan ng transistor patungo sa alisan ng tubig. Ang parehong mga epekto na ito ay humantong sa pangangailangan na taasan ang supply boltahe upang makontrol ang mga alon sa transistor, na negatibong nakakaapekto sa pagwawaldas ng init. Kaya, ang pagbabawas ng laki ng transistor, una sa lahat, ang gate at silicon dioxide layer nito ay nabawasan ( SiO2 ), na isang natural na hadlang sa pagitan ng gate at ng channel.

Sa isang banda, pinapabuti nito ang bilis ng pagganap ng transistor (oras ng paglipat), ngunit sa kabilang banda, pinapataas nito ang pagtagas. Iyon ay, ito ay lumalabas na isang uri ng closed cycle. Kaya, ang paglipat sa 90 nm ay isa pang pagbawas sa kapal ng layer ng dioxide, at sa parehong oras ay isang pagtaas sa pagtagas. Ang paglaban sa pagtagas ay nangangahulugan, muli, isang pagtaas sa mga boltahe ng kontrol, at, nang naaayon, isang makabuluhang pagtaas sa pagbuo ng init. Ang lahat ng ito ay humantong sa isang pagkaantala sa pagpapakilala ng isang bagong teknikal na proseso ng mga kakumpitensya sa merkado ng microprocessor - Intel at AMD.

Isa sa mga alternatibong solusyon ay ang paggamit ng teknolohiya SOI (silicon on insulator), na ipinakilala kamakailan ng kumpanya AMD sa kanilang 64-bit na mga processor. Gayunpaman, ito ay nagkakahalaga sa kanya ng maraming pagsisikap at pagtagumpayan malaking dami kaugnay na mga paghihirap. Ngunit ang teknolohiya mismo ay nagbibigay ng isang malaking bilang ng mga pakinabang na may medyo maliit na bilang ng mga disadvantages.

Ang kakanyahan ng teknolohiya, sa pangkalahatan, ay lubos na lohikal - ang transistor ay pinaghihiwalay mula sa silikon na substrate ng isa pang manipis na layer ng insulator. Mayroong maraming mga pakinabang. Walang hindi makontrol na paggalaw ng mga electron sa ilalim ng transistor channel, na nakakaapekto sa mga de-koryenteng katangian nito - isang beses. Matapos ilapat ang kasalukuyang pag-unlock sa gate, ang oras ng ionization ng channel sa operating state, hanggang sa ang operating kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito, ay nabawasan, iyon ay, ang pangalawa pangunahing parameter ang pagganap ng transistor, ang on/off time nito ay dalawa. O, sa parehong bilis, maaari mo lamang babaan ang kasalukuyang pag-unlock - tatlo. O maghanap ng ilang uri ng kompromiso sa pagitan ng pagtaas ng bilis ng pagpapatakbo at pagbaba ng boltahe. Habang pinapanatili ang parehong kasalukuyang gate, ang pagtaas sa pagganap ng transistor ay maaaring hanggang sa 30% kung iiwan mo ang dalas ng pareho, na tumutuon sa pag-save ng enerhiya, kung gayon ang plus ay maaaring malaki - hanggang sa 50%.

Sa wakas, ang mga katangian ng channel ay nagiging mas predictable, at ang transistor mismo ay nagiging mas lumalaban sa mga sporadic error, tulad ng mga sanhi ng cosmic particle na tumama sa substrate ng channel at hindi inaasahang nag-ionize nito. Ngayon, kapag nakapasok sila sa substrate na matatagpuan sa ilalim ng layer ng insulator, hindi nila naaapektuhan ang pagpapatakbo ng transistor sa anumang paraan. Ang tanging disbentaha ng SOI ay kailangang bawasan ang lalim ng rehiyon ng emitter/collector, na direkta at direktang nakakaapekto sa pagtaas ng resistensya nito habang bumababa ang kapal.

At sa wakas, pangatlo Ang dahilan na nag-ambag sa pagbagal sa paglago ng dalas ay ang mababang aktibidad ng mga kakumpitensya sa merkado. Masasabi mong abala ang lahat sa kanilang sariling negosyo. AMD ay nakikibahagi sa malawakang pagpapakilala ng 64-bit na mga processor, para sa Intel Ito ay isang panahon ng pagpapabuti ng bagong teknikal na proseso, pag-debug para sa mas mataas na ani ng mga magagamit na kristal.

Kaya, ang pangangailangan na lumipat sa mga bagong teknikal na proseso ay halata, ngunit ito ay nagiging mas at mas mahirap para sa mga technologist sa bawat oras. Ang unang microprocessors Pentium (1993) ay ginawa gamit ang 0.8 µm na proseso, pagkatapos ay 0.6 µm. Noong 1995, ang 0.35 micron na teknolohiya sa proseso ay ginamit sa unang pagkakataon para sa mga processor ng ika-6 na henerasyon. Noong 1997 ito ay nagbago sa 0.25 microns, at noong 1999 ay naging 0.18 microns. Ang mga modernong processor ay batay sa 0.13 at 0.09 micron na teknolohiya, ang huli ay ipinakilala noong 2004. Tulad ng nakikita mo, para sa mga teknikal na proseso ay sinusunod ang batas ni Moore, na nagsasaad na bawat dalawang taon ang dalas ng mga kristal ay dumoble habang ang bilang ng mga transistor mula sa kanila ay tumataas. Ang teknikal na proseso ay nagbabago sa parehong bilis. Totoo, sa hinaharap ang "frequency race" ay hihigit sa batas na ito. Noong 2006 ang kumpanya Intel planong bumuo ng 65-nm process technology, at 32-nm noong 2009.

Narito ang oras upang matandaan ang istraktura ng transistor, ibig sabihin, isang manipis na layer ng silikon dioxide, isang insulator na matatagpuan sa pagitan ng gate at ng channel, at kung saan ay gumaganap ng isang ganap na nauunawaan na function - isang hadlang para sa mga electron na pumipigil sa pagtagas ng kasalukuyang gate.

Malinaw, ang mas makapal na layer na ito, mas mahusay itong gumaganap ng mga insulating function nito, ngunit ito ay mahalagang bahagi channel, at hindi gaanong halata na kung babawasan natin ang haba ng channel (ang laki ng transistor), kailangan nating bawasan ang kapal nito, at sa napakabilis na bilis. Sa pamamagitan ng paraan, sa nakalipas na ilang dekada, ang kapal ng layer na ito ay may average na humigit-kumulang 1/45 ng buong haba ng channel. Ngunit ang prosesong ito ay may katapusan - tulad ng sinabi ng parehong Intel limang taon na ang nakakaraan, kung patuloy nating gagamitin ang SiO 2, tulad ng nakalipas na 30 taon, ang pinakamababang kapal ng layer ay magiging 2.3 nm, kung hindi man ang kasalukuyang pagtagas ng gate ang kasalukuyang ay magiging hindi makatotohanan.

Hanggang kamakailan lamang, walang nagawa upang mabawasan ang pagtagas ng subchannel, ngunit ngayon ay nagsisimula nang magbago ang sitwasyon, dahil ang kasalukuyang operating, kasama ang oras ng pagtugon ng gate, ay isa sa dalawang pangunahing mga parameter na nagpapakilala sa bilis ng operasyon ng transistor, at Ang pagtagas sa labas ng estado ay direktang nakakaapekto dito - upang i-save ang kinakailangang kahusayan ng transistor, kinakailangan, nang naaayon, upang madagdagan ang kasalukuyang operating, kasama ang lahat ng mga kasunod na kondisyon.

Paggawa Ang microprocessor ay isang kumplikadong proseso na kinabibilangan ng higit sa 300 mga yugto. Ang mga microprocessor ay nabuo sa ibabaw ng manipis na pabilog na mga wafer ng silikon - mga substrate, bilang isang resulta ng isang tiyak na pagkakasunud-sunod ng iba't ibang mga proseso ng pagproseso gamit ang mga kemikal, gas at ultraviolet radiation.

Ang mga substrate ay karaniwang may diameter na 200 millimeters, o 8 pulgada. Gayunpaman, lumipat na ang Intel sa mga wafer na may diameter na 300 mm, o 12 pulgada. Ginagawang posible ng mga bagong plato na makakuha ng halos 4 na beses na mas maraming kristal, at ang ani ay mas mataas. Ang mga wafer ay ginawa mula sa silikon, na dinadalisay, tinutunaw, at pinalaki sa mahabang cylindrical na kristal. Ang mga kristal ay pinuputol sa manipis na mga hiwa at pinakintab hanggang sa ang mga ibabaw nito ay makinis na salamin at walang mga depekto. Susunod, ang thermal oxidation (pagbuo ng pelikula) ay isinasagawa sa isang paikot na paraan SiO2 ), photolithography, impurity diffusion (phosphorus), epitaxy (layer growth).

Sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura ng microcircuits, ang thinnest layers ng mga materyales ay inilalapat sa mga blangko na plato sa anyo ng maingat na kinakalkula na mga pattern. Hanggang sa ilang daang microprocessor ang maaaring ilagay sa isang wafer, ang paggawa nito ay nangangailangan ng higit sa 300 mga operasyon. Ang buong proseso ng paggawa ng mga processor ay maaaring nahahati sa ilang mga yugto: lumalaki ang silikon dioxide at paglikha ng mga rehiyon ng conductive, pagsubok, paggawa ng pakete at paghahatid.

Ang proseso ng pagmamanupaktura ng microprocessor ay nagsisimula sa " lumalaki "sa ibabaw ng pinakintab na wafer ay isang insulating layer ng silicon dioxide. Ang hakbang na ito ay isinasagawa sa isang electric oven sa napakataas na temperatura. Ang kapal ng layer ng oxide ay depende sa temperatura at ang oras na ginugugol ng wafer sa hurno.

Pagkatapos ay sumusunod photolithography - isang proseso kung saan ang isang pattern ay nabuo sa ibabaw ng plato. Una, ang isang pansamantalang layer ng photosensitive na materyal, isang photoresist, ay inilapat sa plato, kung saan ang isang imahe ng mga transparent na seksyon ng template, o photomask, ay inaasahang gamit ang ultraviolet radiation. Ang mga maskara ay ginawa sa panahon ng disenyo ng processor at ginagamit upang bumuo ng mga pattern ng circuit sa bawat layer ng processor. Sa ilalim ng impluwensya ng radiation, ang mga nakalantad na lugar ng photolayer ay natutunaw, at sila ay inalis gamit ang isang solvent (fluoric acid), na nagpapakita ng silicon dioxide sa ilalim.

Ang nakalantad na silica ay tinanggal gamit ang isang prosesong tinatawag na " pag-ukit "Ang natitirang photolayer ay pagkatapos ay aalisin, na nag-iiwan ng silicon dioxide pattern sa semiconductor wafer. Bilang resulta ng isang serye ng karagdagang photolithography at etching operations, polycrystalline silicon, na may mga katangian ng isang conductor, ay inilapat din sa wafer.

Sa susunod na operasyon, tinatawag na " doping ", ang mga bukas na lugar ng silicon wafer ay binomba ng mga ion ng iba't ibang elemento ng kemikal, na bumubuo ng mga negatibo at positibong singil sa silikon, na binabago ang electrical conductivity ng mga lugar na ito.

Pagdaragdag ng mga Bagong Layer na sinusundan ng pag-ukit ng circuit ay isinasagawa nang maraming beses, habang para sa mga interlayer na koneksyon "mga bintana" ay naiwan sa mga layer, na puno ng metal, na bumubuo ng mga de-koryenteng koneksyon sa pagitan ng mga layer. Gumamit ang Intel ng mga copper conductor sa 0.13-micron na teknolohiyang proseso nito. Sa 0.18 micron na proseso ng pagmamanupaktura at mga nakaraang proseso Mga henerasyon ng Intel ginamit na aluminyo. Ang parehong tanso at aluminyo ay mahusay na konduktor ng kuryente. Kapag ginamit ang teknolohiyang proseso ng 0.18-μm, ginamit ang 6 na layer noong ipinakilala ang proseso ng teknolohiyang 90 nm noong 2004, 7 layer ng silikon ang ginamit.

Ang bawat layer ng processor ay may sariling pattern na magkasama, ang lahat ng mga layer na ito ay bumubuo ng isang three-dimensional na electronic circuit. Ang aplikasyon ng mga layer ay paulit-ulit na 20 - 25 beses sa loob ng ilang linggo.

Upang mapaglabanan ang stress na nakalantad sa mga substrate sa panahon ng proseso ng layering, ang mga wafer ng silikon ay dapat na sapat na makapal sa simula. Samakatuwid, bago i-cut ang wafer sa mga indibidwal na microprocessor, ang kapal nito ay nabawasan ng 33% gamit ang mga espesyal na proseso at ang mga contaminant ay tinanggal mula sa reverse side. Pagkatapos, ang isang layer ng espesyal na materyal ay inilapat sa likod na bahagi ng "thinner" plate, na nagpapabuti sa kasunod na pagkakabit ng kristal sa katawan. Bilang karagdagan, nagbibigay ang layer na ito kontak sa kuryente sa pagitan ng likod na ibabaw ng integrated circuit at ang pakete pagkatapos ng pagpupulong.

Pagkatapos nito, ang mga wafer ay sinusuri upang suriin ang kalidad ng lahat ng mga operasyon sa machining. Upang matukoy kung gumagana nang tama ang mga processor, subukan ang mga ito mga indibidwal na sangkap. Kung may nakitang mga pagkakamali, ang data tungkol sa mga ito ay sinusuri upang maunawaan kung anong yugto ng pagproseso ang nangyaring pagkabigo.

Ang mga de-koryenteng probe ay konektado sa bawat processor at inilapat ang kapangyarihan. Ang mga processor ay sinusuri ng isang computer na tumutukoy kung ang mga katangian ng mga manufactured processor ay nakakatugon sa mga tinukoy na kinakailangan.

Pagkatapos ng pagsubok, ang mga wafer ay ipinadala sa pasilidad ng pagpupulong, kung saan sila ay pinutol sa maliliit na parihaba, na ang bawat isa ay naglalaman ng isang pinagsamang circuit. Ang isang espesyal na precision saw ay ginagamit upang paghiwalayin ang plato. Ang mga non-functional na kristal ay tinatanggihan.

Ang bawat kristal ay pagkatapos ay inilagay sa isang indibidwal na kaso. Pinoprotektahan ng kaso ang kristal mula sa mga panlabas na impluwensya at ibinibigay ito koneksyon ng kuryente kasama ang board kung saan ito pagkatapos ay mai-install. Ang mga maliliit na bola ng panghinang, na matatagpuan sa mga partikular na punto sa chip, ay ibinebenta sa mga de-koryenteng terminal ng pakete. Ngayon mga signal ng kuryente maaaring magmula sa board hanggang sa chip at pabalik.

Sa hinaharap na mga processor ang kumpanya Intel ilalapat ang teknolohiya BBUL , na magpapahintulot sa iyo na lumikha ng panimula ng mga bagong kaso na may mas kaunting init na henerasyon at kapasidad sa pagitan ng mga binti CPU.

Matapos mai-install ang die sa case, susuriin muli ang processor upang matukoy kung gumagana ito. Ang mga maling processor ay tinatanggihan, at ang mga gumagana ay sumasailalim sa mga pagsubok sa pag-load: pagkakalantad sa iba't ibang mga kondisyon ng temperatura at halumigmig, pati na rin ang mga electrostatic discharges. Pagkatapos ng bawat pagsubok sa pag-load, sinusuri ang processor upang matukoy ang katayuan ng pagganap nito. Ang mga processor ay pinagsunod-sunod batay sa kanilang pag-uugali sa iba't ibang bilis ng orasan at mga boltahe ng supply.

Ang mga processor na nakapasa sa pagsubok ay ipinadala sa panghuling kontrol, na ang gawain ay upang kumpirmahin na ang mga resulta ng lahat ng mga nakaraang pagsubok ay tama, at ang mga parameter ng integrated circuit ay nakakatugon o lumampas pa sa mga itinatag na pamantayan. Ang lahat ng mga processor na pumasa sa huling inspeksyon ay minarkahan at nakabalot para sa paghahatid sa mga customer.

Ang bawat isa ay may hawak na isang ordinaryong microprocessor sa kanilang mga kamay, ngunit halos hindi naisip ng sinuman na buksan ito at suriin ito sa ilalim ng isang scanning electron microscope. Ito mismo ang ginawa ng gurong Swedish na si Kristian Storm upang ipakita sa mga estudyante kung paano gumagana ang isang microchip. Ang mga larawan ay napakaganda: pinapayagan ka ng kalidad na makita ang mga indibidwal na layer ng processor. Tila, tinatayang ang pamamaraang ito ay ginamit ng mga inhinyero ng Sobyet na nag-disassemble at kinopya ang mga pag-unlad ng Kanluran. Tinatayang parehong bagay ang ginagawa ngayon upang pag-aralan ang mga produkto ng mga kakumpitensya.

Ang lahat ng mga larawan ay naki-click at magagamit sa mataas na resolution.

Gumamit si Christian Storm ng P-III processor. Una, kinakailangan upang alisin ang microcircuit mismo mula sa plastic case ( asul), na matatagpuan sa gitna ng circuit board (berde).

Tulad ng makikita mo sa likod ng circuit board, kinakailangan upang mag-output ng mga contact mula sa microprocessor - mula sa bawat contact sa processor isang senyales ang napupunta sa isang hiwalay na pin sa board.

Noong una ay naisip ni Christian na maaari niyang paghiwalayin ang microprocessor sa init, ngunit walang nakuha kundi isang masamang amoy. Tapos kailangan kong gumamit malupit na puwersa at gupitin ang naaangkop na seksyon. Gamit ang forceps at scalpel, hinugot niya ang chip, bahagyang nasira ito sa proseso (gayunpaman, sisirain pa rin ni Christian ang processor para sa paggawa ng pelikula).

Ito ang nangyari bilang isang resulta. Sa likod ng microcircuit, sa ilalim ng sirang asul na kaso, ang mga contact sa microcircuit ay makikita. Dati, nakakonekta sila sa mga pin sa board.

Narito ang microcircuit na na-clear ng plastic.

Ngayon ay dumating ang masayang bahagi: ang mikroskopyo ay naglaro. Una, ang karaniwang optical. Sa ilalim ng isang mikroskopyo tinitingnan namin ang isang fragment ng isang microprocessor na may parehong mga contact.

Kung titingnan mo nang mas malapit, maaari mong makita ang istraktura sa loob ng mga contact hole.

Ang processor ay binubuo ng maraming mga layer ng metal sa ibabaw ng bawat isa, malinaw na nakikita ang mga ito sa pamamagitan ng mga butas ng contact.

Sa pamamagitan ng pagpapalit ng focus ng mikroskopyo, maaari mong suriin ang mga layer na ito nang magkakasunod. Narito ang tuktok na layer.

Gitnang layer.

At ang ilalim na layer.

Dahil ang isang optical microscope ay hindi nagbibigay ng kinakailangang detalye, nagpasya si Christian na gumamit ng isang scanning electron microscope. Upang makita ang loob ng processor, pinagpira-piraso niya ito at sinimulang suriin kung saan ito nabasag. Sa ibaba makikita mo ang isang serye ng mga sunud-sunod na larawan na may unti-unting pagtaas ng resolution.

Ang chip ay nakabaligtad, upang sa itaas ay isang hilera ng mga contact na dating naka-attach sa circuit board. Sa una walang nakikitang espesyal. Ang magaan na materyal sa pagitan ng mga contact ay tila isang uri ng polimer upang punan ang espasyo.

Sa karagdagang pagtaas Ang mga layer ay malinaw na nakikita. Maaari mo ring bilangin ang kanilang bilang: anim.

Ang kapal ng mas mababang layer ng metal ay humigit-kumulang 200-250 nm. Ang processor ng P-III ay ginawa gamit ang isang 250 nm na teknolohiya ng proseso, at sa paglaon - 180 nm, kaya ang ilalim na layer na ito ay ang huling layer na may mga transistors ay hindi magpapakita ng mga bagong elemento.

Ito ang hitsura ng imahe sa isang pinahusay na anyo.

Ang huling larawan ay kinuha sa parehong sukat, mula lamang sa itaas. Sa isang lugar hindi sinasadyang naputol ang kaso, kaya nalantad ito panloob na istraktura.

Mayroong ilang mga layer ng metal sa ibabaw ng bawat isa, ngunit hindi nakuha ni Christian ang mga layer-by-layer na litrato at direktang makapunta sa mga transistors (ibabang layer) dahil hindi niya alam kung paano maingat na alisin ang mga layer mula sa chip.

Ang paggawa ng microcircuits ay isang napakahirap na bagay, at ang pagsasara ng merkado na ito ay pangunahing idinidikta ng mga tampok ng nangingibabaw na teknolohiya ng photolithography ngayon. Ang mga mikroskopiko na electronic circuit ay itinatakda sa isang silicon na wafer sa pamamagitan ng mga photomask, ang halaga ng bawat isa ay maaaring umabot sa $200,000 Samantala, hindi bababa sa 50 tulad ng mga maskara ang kinakailangan upang makagawa ng isang chip. Idagdag dito ang halaga ng "pagsubok at error" kapag bumubuo ng mga bagong modelo, at mauunawaan mo na ang napakalaking kumpanya lamang ang makakagawa ng mga processor sa napakalaking dami.

Ano ang dapat gawin ng mga siyentipikong laboratoryo at mga high-tech na startup na nangangailangan ng mga hindi karaniwang disenyo? Ano ang dapat nating gawin para sa militar, para kanino ang pagbili ng mga processor mula sa isang "malamang na kaaway", upang ilagay ito nang mahinahon, hindi comme il faut?

Bumisita kami sa site ng produksyon ng Russia ng kumpanyang Dutch na Mapper, salamat sa kung saan ang paggawa ng mga microcircuits ay maaaring tumigil sa pagiging maraming celestial at maging isang aktibidad para sa mga mortal lamang. Well, o halos simple. Dito, sa teritoryo ng Moscow Technopolis, na may suporta sa pananalapi ng Rusnano Corporation, isang pangunahing bahagi ng teknolohiya ng Mapper ay ginawa - ang electron-optical system.

Gayunpaman, bago maunawaan ang mga nuances ng Mapper maskless lithography, ito ay nagkakahalaga ng pag-alala sa mga pangunahing kaalaman ng conventional photolithography.

Clumsy Light

Sa moderno Intel processor Ang Core i7 ay kayang tumanggap ng humigit-kumulang 2 bilyong transistor (depende sa modelo), bawat isa ay 14 nm ang laki. Sa pagtugis ng kapangyarihan sa pag-compute, taun-taon binabawasan ng mga tagagawa ang laki ng mga transistor at pinapataas ang kanilang bilang. Ang malamang na teknolohikal na limitasyon sa lahi na ito ay maaaring ituring na 5 nm: sa gayong mga distansya ay nagsisimulang lumitaw ang mga epekto ng quantum, dahil sa kung saan ang mga electron sa mga kalapit na selula ay maaaring kumilos nang hindi mahuhulaan.

Upang magdeposito ng mga istrukturang microscopic semiconductor sa isang silicon wafer, gumagamit sila ng prosesong katulad ng paggamit ng photographic enlarger. Maliban kung ang kanyang layunin ay kabaligtaran - upang gawing maliit ang imahe hangga't maaari. Ang plato (o proteksiyon na pelikula) ay pinahiran ng photoresist - isang polymer photosensitive na materyal na nagbabago ng mga katangian nito kapag na-irradiated ng liwanag. Ang kinakailangang pattern ng chip ay nakalantad sa isang photoresist sa pamamagitan ng isang mask at isang collecting lens. Ang mga naka-print na wafer ay karaniwang apat na beses na mas maliit kaysa sa mga maskara.

Ang mga sangkap tulad ng silicon o germanium ay may apat na electron sa kanilang panlabas na antas ng enerhiya. Bumubuo sila ng magagandang kristal na parang metal. Ngunit, hindi tulad ng metal, hindi sila nagsasagawa ng kuryente: ang lahat ng kanilang mga electron ay kasangkot sa makapangyarihang mga covalent bond at hindi makagalaw. Gayunpaman, lahat ng bagay ay nagbabago kung magdagdag ka sa kanila ng kaunting donor impurity mula sa isang substance na may limang electron sa panlabas na antas (phosphorus o arsenic). Apat na electron ang nagbubuklod sa silikon, na iniiwan ang isa na libre. Ang Silicon na may donor impurity (n-type) ay isang magandang conductor. Kung nagdagdag ka ng isang acceptor impurity mula sa isang substance na may tatlong electron sa panlabas na antas (boron, indium) sa silicon, ang "mga butas" ay nabuo sa katulad na paraan, isang virtual na analogue ng isang positibong singil. Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang p-type na semiconductor. Sa pamamagitan ng pagkonekta ng mga p- at n-type na conductor, nakakakuha tayo ng diode - aparatong semiconductor, pagpasa ng kasalukuyang sa isang direksyon lamang. kumbinasyon ng p-n-p o n-p-n ay nagbibigay sa amin ng isang transistor - kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito lamang kung ang isang tiyak na boltahe ay inilapat sa gitnang konduktor.

Ang diffraction ng liwanag ay gumagawa ng sarili nitong mga pagsasaayos sa prosesong ito: ang sinag, na dumadaan sa mga butas ng maskara, ay bahagyang na-refracted, at sa halip na isang punto, isang serye ng mga concentric na bilog ang nakalantad, na parang mula sa isang bato na itinapon sa isang pool. . Sa kabutihang palad, ang diffraction ay inversely na nauugnay sa wavelength, na siyang sinasamantala ng mga inhinyero sa pamamagitan ng paggamit ng ultraviolet light na may wavelength na 195 nm. Bakit hindi kahit na mas mababa? Ito ay lamang na ang mas maikling alon ay hindi ma-refracte ng pagkolekta ng lens, ang mga sinag ay dadaan nang hindi tumututok. Imposible ring madagdagan ang kakayahan sa pagkolekta ng lens - hindi ito papayagan ng spherical aberration: ang bawat ray ay dadaan sa optical axis sa sarili nitong punto, na nakakagambala sa pagtutok.

Ang maximum na lapad ng contour na maaaring ilarawan gamit ang photolithography ay 70 nm. Ang mga chip na may mas mataas na resolution ay naka-print sa ilang mga hakbang: 70-nanometer contours ay inilapat, ang circuit ay etched, at pagkatapos ay ang susunod na bahagi ay exposed sa pamamagitan ng isang bagong mask.

Kasalukuyang nasa pag-unlad ang teknolohiyang deep ultraviolet photolithography, gamit ang liwanag na may matinding wavelength na humigit-kumulang 13.5 nm. Kasama sa teknolohiya ang paggamit ng mga vacuum at multilayer na salamin na may repleksyon batay sa interlayer interference. Ang maskara ay hindi rin magiging isang translucent, ngunit isang mapanimdim na elemento. Ang mga salamin ay libre mula sa hindi pangkaraniwang bagay ng repraksyon, kaya maaari silang gumana sa liwanag ng anumang haba ng daluyong. Ngunit sa ngayon ito ay isang konsepto lamang na maaaring magamit sa hinaharap.

Paano ginagawa ang mga processor ngayon

Ang isang perpektong pinakintab na bilog na silicon wafer na may diameter na 30 cm ay pinahiran ng isang manipis na layer ng photoresist. Ang puwersa ng sentripugal ay nakakatulong na ipamahagi ang photoresist nang pantay-pantay.

Ang hinaharap na circuit ay nakalantad sa isang photoresist sa pamamagitan ng isang maskara. Ang prosesong ito ay paulit-ulit nang maraming beses dahil maraming chips ang ginawa mula sa isang wafer.

Ang bahagi ng photoresist na nalantad sa ultraviolet radiation ay natutunaw at madaling matanggal gamit ang mga kemikal.

Ang mga lugar ng silicon wafer na hindi protektado ng photoresist ay napapailalim sa chemical etching. Sa kanilang lugar, nabubuo ang mga depresyon.

Ang isang layer ng photoresist ay muling inilapat sa wafer. Sa pagkakataong ito, inilalantad ng pagkakalantad ang mga lugar na sasailalim sa pambobomba ng ion.

Sa ilalim ng impluwensya ng isang electric field, ang mga impurity ions ay bumibilis sa bilis na higit sa 300,000 km / h at tumagos sa silikon, na nagbibigay ng mga katangian ng isang semiconductor.

Matapos tanggalin ang natitirang photoresist, ang mga natapos na transistor ay mananatili sa wafer. Ang isang layer ng dielectric ay inilapat sa itaas, kung saan ang mga butas para sa mga contact ay nakaukit gamit ang parehong teknolohiya.

Ang plato ay inilalagay sa isang tansong sulpate na solusyon at isang conductive layer ay inilapat dito gamit ang electrolysis. Pagkatapos ang buong layer ay tinanggal sa pamamagitan ng paggiling, ngunit ang mga contact sa mga butas ay nananatili.

Ang mga contact ay konektado sa pamamagitan ng isang multi-story network ng mga metal na "wire." Ang bilang ng mga "sahig" ay maaaring umabot sa 20, at pangkalahatang pamamaraan Ang mga konduktor ay tinatawag na arkitektura ng processor.

Ngayon lamang ang plato ay nakita sa marami indibidwal na chips. Ang bawat "kristal" ay nasubok at pagkatapos ay naka-install sa isang board na may mga contact at natatakpan ng isang silver radiator cap.

13,000 TV

Ang isang alternatibo sa photolithography ay electrolithography, kapag ang pagkakalantad ay ginawa hindi sa pamamagitan ng liwanag, ngunit sa pamamagitan ng mga electron, at hindi sa pamamagitan ng photo-resist, ngunit sa pamamagitan ng electroresist. Ang electron beam ay madaling nakatutok sa isang punto na may kaunting laki, hanggang sa 1 nm. Ang teknolohiya ay katulad ng isang cathode ray tube sa isang telebisyon: ang isang nakatutok na stream ng mga electron ay pinalihis ng mga control coils, na gumuhit ng isang imahe sa isang silicon wafer.

Hanggang kamakailan lamang, hindi maaaring makipagkumpitensya ang teknolohiyang ito tradisyonal na pamamaraan dahil sa mababang bilis. Upang ang isang electroresist ay makapag-react sa pag-iilaw, dapat itong tumanggap ng isang tiyak na bilang ng mga electron sa bawat unit area, upang ang isang sinag ay maaaring maglantad sa pinakamahusay na 1 cm2/h. Ito ay katanggap-tanggap para sa mga solong order mula sa mga laboratoryo, ngunit hindi naaangkop sa industriya.

Sa kasamaang palad, imposibleng malutas ang problema sa pamamagitan ng pagtaas ng enerhiya ng sinag: tulad ng mga singil ay nagtataboy sa isa't isa, kaya habang tumataas ang kasalukuyang, ang electron beam ay nagiging mas malawak. Ngunit maaari mong dagdagan ang bilang ng mga sinag sa pamamagitan ng paglalantad ng ilang mga zone sa parehong oras. At kung ang ilan ay 13,000, tulad ng sa teknolohiya ng Mapper, kung gayon, ayon sa mga kalkulasyon, posibleng mag-print ng sampung ganap na chips kada oras.

Siyempre, pagsamahin ang 13,000 sa isang device mga tubo ng cathode ray magiging imposible. Sa kaso ng Mapper, ang radiation mula sa pinagmulan ay nakadirekta sa isang collimator lens, na bumubuo ng isang malawak na parallel beam ng mga electron. Sa landas nito ay nakatayo ang isang aperture matrix, na ginagawa itong 13,000 indibidwal na sinag. Ang mga beam ay dumadaan sa blanker matrix - isang silicon wafer na may 13,000 butas. Ang isang deflection electrode ay matatagpuan malapit sa bawat isa sa kanila. Kung ang kasalukuyang ay inilapat dito, ang mga electron ay "nakakaligtaan" sa kanilang butas at isa sa 13,000 beam ay naka-off.

Matapos maipasa ang mga blangko, ang mga sinag ay ididirekta sa isang matrix ng mga deflector, na ang bawat isa ay maaaring magpalihis sa sinag nito ng isang pares ng mga micron sa kanan o kaliwa na may kaugnayan sa paggalaw ng plato (kaya ang Mapper ay kahawig pa rin ng 13,000 mga tubo ng larawan). Sa wakas, ang bawat sinag ay higit na nakatuon sa sarili nitong microlens at pagkatapos ay itinuro sa isang electroresist. Sa ngayon, ang teknolohiya ng Mapper ay nasubok sa French microelectronics research institute na CEA-Leti at sa TSMC, na gumagawa ng mga microprocessor para sa mga nangungunang manlalaro sa merkado (kabilang ang Apple iPhone 6S). Mga Pangunahing Bahagi Ang mga sistema, kabilang ang mga silikon na electronic lens, ay ginawa sa planta ng Moscow.

Teknolohiya ng Mapper nangangako ng mga bagong prospect hindi lamang para sa mga laboratoryo ng pananaliksik at maliit na sukat (kabilang ang militar) na produksyon, kundi pati na rin para sa malalaking manlalaro. Sa kasalukuyan, upang subukan ang mga prototype ng mga bagong processor, kinakailangan na gumawa ng eksaktong parehong mga photomask tulad ng para sa mass production. Ang kakayahang mag-prototype ng mga circuit na medyo mabilis ay nangangako na hindi lamang bawasan ang mga gastos sa pag-unlad, ngunit mapabilis din ang pag-unlad sa larangan. Na sa huli ay nakikinabang sa mass consumer ng electronics, iyon ay, tayong lahat.

Mahirap paniwalaan, ngunit ang modernong processor ay ang pinaka-kumplikado tapos na produkto sa Earth - ngunit, tila, ano ang kumplikado sa piraso ng bakal na ito?

Kaya, kapag ang isang pabrika para sa produksyon ng mga processor gamit ang isang bagong teknolohiya ay itinayo, mayroon itong 4 na taon upang mabawi ang puhunan (higit sa $5 bilyon) at kumita.

Mula sa mga simpleng lihim na kalkulasyon, lumalabas na ang pabrika ay dapat gumawa ng hindi bababa sa 100 gumaganang mga wafer kada oras.

Sa madaling sabi, ang proseso ng pagmamanupaktura ng isang processor ay ganito: ang isang cylindrical na solong kristal ay lumago mula sa tinunaw na silikon gamit ang mga espesyal na kagamitan.

Ang nagreresultang ingot ay pinalamig at pinutol sa mga "pancake," ang ibabaw nito ay maingat na pinapantayan at pinakintab sa isang kumikinang na salamin.

Pagkatapos, sa "malinis na mga silid" ng mga pabrika ng semiconductor, ang mga integrated circuit ay nilikha sa mga wafer ng silikon gamit ang photolithography at etching.

Matapos muling linisin ang mga wafer, ang mga espesyalista sa laboratoryo ay nagsasagawa ng random na pagsubok ng mga processor sa ilalim ng isang mikroskopyo - kung ang lahat ay "OK", pagkatapos ay ang natapos na mga wafer ay pinutol sa magkahiwalay na mga processor, na sa kalaunan ay nakapaloob sa mga kaso.

Mga aralin sa kimika

Tingnan natin ang buong proseso nang mas detalyado. Ang nilalaman ng silikon sa crust ng lupa ay humigit-kumulang 25-30% sa timbang, na ginagawang pangalawa ang elementong ito sa kasaganaan pagkatapos ng oxygen.

Ang buhangin, lalo na ang quartz sand, ay may mataas na porsyento ng silicon sa anyo ng silicon dioxide (SiO2) at ito ay isang pangunahing bahagi para sa paglikha ng mga semiconductor nang maaga sa proseso ng pagmamanupaktura.

Sa una, ang SiO 2 ay kinukuha sa anyo ng buhangin, na binabawasan ng coke sa mga arc furnace (sa temperatura na humigit-kumulang 1800°C):

Ang ganitong uri ng silikon ay tinatawag na " teknikal"at may kadalisayan na 98-99.9%. Ang mga processor ng paggawa ay nangangailangan ng mas malinis na hilaw na materyales, na tinatawag na " elektronikong silikon“- dapat itong maglaman ng hindi hihigit sa isang dayuhang atom sa bawat bilyong silikon na atomo.

Upang linisin sa antas na ito, ang silikon ay literal na "ipinanganak muli." Sa pamamagitan ng pag-chlorinate ng teknikal na silikon, ang silikon na tetrachloride (SiCl 4) ay nakuha, na pagkatapos ay na-convert sa trichlorosilane (SiHCl 3):

3SiCl 4 + 2H 2 + Si ↔ 4SiHCl 3

Ang mga reaksyong ito, gamit ang pag-recycle ng mga resultang by-product na naglalaman ng silicon, ay nagpapababa ng mga gastos at nag-aalis ng mga problema sa kapaligiran:

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

Ang resultang hydrogen ay maaaring gamitin sa maraming lugar, ngunit ang pinakamahalagang bagay ay ang "electronic" na silikon ay nakuha, dalisay, napakadalisay (99.9999999%). Maya-maya, ang isang buto ("growth point") ay ibinaba sa pagkatunaw ng naturang silikon, na unti-unting hinugot mula sa tunawan.

Bilang isang resulta, ang isang tinatawag na "boule" ay nabuo - isang solong kristal na kasing taas ng isang may sapat na gulang. Ang timbang ay angkop - sa produksyon tulad ng isang muzzle weighs tungkol sa 100 kg.

Ang ingot ay pinahiran ng "zero" :) at pinutol gamit ang isang diamond saw. Ang output ay mga wafer (codenamed na "wafer") na humigit-kumulang 1 mm ang kapal at 300 mm ang lapad (~12 pulgada; ito ang mga ginagamit para sa prosesong 32nm gamit ang teknolohiyang HKMG, High-K/Metal Gate).

Noong unang panahon, gumamit ang Intel ng mga disk na may diameter na 50mm (2"), at sa malapit na hinaharap ay nagpaplano na silang lumipat sa mga wafer na may diameter na 450mm - ito ay nabibigyang katwiran kahit man lang mula sa punto ng view ng pagbabawas ng gastos ng paggawa ng mga chips sa pagsasalita tungkol sa pagtitipid - lahat ng mga kristal na ito ay lumago sa labas ng Intel para sa produksyon ng processor na binili sila sa ibang lugar.

Ang bawat plato ay pinakintab, ginawang perpektong makinis, na dinadala ang ibabaw nito sa isang kumikinang na salamin.

Ang paggawa ng chip ay binubuo ng higit sa tatlong daang mga operasyon, bilang isang resulta kung saan higit sa 20 mga layer ang bumubuo ng isang kumplikadong three-dimensional na istraktura. Pag-isipan natin nang maikli ang pinakamahahalagang yugto.

Kaya. Kinakailangang ilipat ang istraktura ng hinaharap na processor sa pinakintab na mga wafer ng silikon, iyon ay, ipasok ang mga impurities sa ilang mga lugar ng silicon wafer, na sa huli ay bumubuo ng mga transistor. Paano ito gawin?

Sa pangkalahatan, ang paglalapat ng iba't ibang mga layer sa isang substrate ng processor ay isang buong agham, dahil kahit na sa teorya ang gayong proseso ay hindi simple.

Photolithography

Ang problema ay nalutas gamit ang teknolohiya ng photolithography - isang proseso ng pumipili na pag-ukit ng ibabaw na layer gamit ang isang proteksiyon na photomask. Ang teknolohiya ay binuo sa "light-template-photoresist" na prinsipyo at nagpapatuloy tulad ng sumusunod:

— Ang isang layer ng materyal ay inilapat sa silicon substrate kung saan ang isang pattern ay mabubuo. Ito ay inilapat dito photoresist- isang layer ng polymer light-sensitive na materyal na nagbabago sa pisikal at kemikal na mga katangian nito kapag na-irradiated ng liwanag.
- Sa produksyon pagkalantad(pag-iilaw ng layer ng larawan para sa isang tiyak na takdang panahon) sa pamamagitan ng isang mask ng larawan
— Pag-alis ng ginastos na photoresist.

Ang nais na istraktura ay iginuhit sa isang photomask - bilang isang panuntunan, ito ay isang plato ng optical glass kung saan ang mga opaque na lugar ay inilapat sa photographic. Ang bawat tulad na template ay naglalaman ng isa sa mga layer ng hinaharap na processor, kaya dapat ito ay napakatumpak at praktikal.

Minsan imposibleng magdeposito ng ilang mga materyales sa tamang lugar sa plato, kaya mas madaling ilapat ang materyal sa buong ibabaw nang sabay-sabay, alisin ang labis mula sa mga lugar kung saan hindi ito kinakailangan - ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng application ng photoresist sa asul.

Ang wafer ay na-irradiated ng isang stream ng mga ion (positibo o negatibong sisingilin na mga atomo), na sa mga tinukoy na lugar ay tumagos sa ilalim ng ibabaw ng wafer at binabago ang mga conductive na katangian ng silikon (mga berdeng lugar ay naka-embed na mga dayuhang atomo).

Paano ihiwalay ang mga lugar na hindi nangangailangan ng karagdagang paggamot?

Bago ang lithography, ang isang proteksiyon na pelikula ng dielectric ay inilapat sa ibabaw ng silicon wafer (sa isang mataas na temperatura sa isang espesyal na silid) - tulad ng sinabi ko na, sa halip na tradisyonal na silikon dioxide, ang Intel ay nagsimulang gumamit ng High-K dielectric.

Ito ay mas makapal kaysa sa silikon dioxide, ngunit sa parehong oras mayroon itong parehong mga katangian ng capacitive. Bukod dito, dahil sa pagtaas ng kapal, ang kasalukuyang pagtagas sa pamamagitan ng dielectric ay nabawasan, at bilang isang resulta, naging posible na makakuha ng mas maraming mga processor na mahusay sa enerhiya.

Sa pangkalahatan, mas mahirap tiyakin ang pagkakapareho ng pelikulang ito sa buong ibabaw ng plato - kaugnay nito, ginagamit ang high-precision temperature control sa paggawa.

Kaya eto na. Sa mga lugar na iyon na tratuhin ng mga impurities, hindi kinakailangan ang isang proteksiyon na pelikula - maingat itong inalis gamit ang pag-ukit (pag-alis ng mga lugar ng layer upang bumuo ng isang multilayer na istraktura na may ilang mga katangian).

Paano mo ito maaalis hindi sa lahat ng dako, ngunit sa mga tamang lugar lamang? Upang gawin ito, kinakailangan na mag-aplay ng isa pang layer ng photoresist sa ibabaw ng pelikula - dahil sa sentripugal na puwersa ng umiikot na plato, ito ay inilapat sa isang napaka manipis na layer.

Sa photography, ang liwanag ay dumaan sa negatibong pelikula, tumama sa ibabaw ng photographic na papel, at binago ang mga kemikal na katangian nito. Sa photolithography, ang prinsipyo ay magkatulad: ang ilaw ay dumaan sa isang photomask papunta sa isang photoresist, at sa mga lugar kung saan ito dumaan sa maskara, ang mga indibidwal na seksyon ng photoresist ay nagbabago ng mga katangian. Ang liwanag na radiation ay ipinapadala sa pamamagitan ng mga maskara, na nakatutok sa substrate.

Para sa tumpak na pagtutok, kinakailangan ang isang espesyal na sistema ng mga lente o salamin, na hindi lamang maaaring bawasan ang imahe na gupitin sa mask sa laki ng chip, ngunit tumpak din na i-project ito sa workpiece. Ang mga naka-print na wafer ay karaniwang apat na beses na mas maliit kaysa sa mga maskara mismo.

Ang lahat ng ginugol na photoresist (na nagbago ng solubility nito sa ilalim ng impluwensya ng pag-iilaw) ay tinanggal gamit ang isang espesyal na solusyon sa kemikal - kasama nito, ang bahagi ng substrate sa ilalim ng iluminado na photoresist ay natutunaw din. Ang bahagi ng substrate na protektado mula sa liwanag ng maskara ay hindi matutunaw.

Siya ay bumubuo ng isang konduktor o hinaharap aktibong elemento- ang resulta ng diskarte na ito ay iba't ibang mga pattern ng circuit sa bawat layer ng microprocessor.

Sa katunayan, ang lahat ng mga nakaraang hakbang ay kinakailangan upang lumikha ng mga istruktura ng semiconductor sa mga kinakailangang lugar sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang donor (n-type) o acceptor (p-type) na karumihan.

Sabihin nating kailangan nating lumikha ng isang rehiyon ng p-type na konsentrasyon ng carrier sa silikon, iyon ay, isang hole conduction zone. Upang gawin ito, ang wafer ay pinoproseso gamit ang isang aparato na tinatawag na isang implanter - ang mga boron ions na may napakalaking enerhiya ay pinaputok mula sa isang mataas na boltahe na accelerator at pantay na ipinamamahagi sa mga hindi protektadong zone na nabuo sa panahon ng photolithography.

Kung saan inalis ang dielectric, ang mga ion ay tumagos sa layer ng hindi protektadong silikon - kung hindi man sila ay "naipit" sa dielectric. Matapos ang susunod na proseso ng pag-ukit, ang natitirang dielectric ay tinanggal, at ang mga zone ay nananatili sa plato kung saan mayroong lokal na boron.

Ito ay malinaw na mga modernong processor maaaring mayroong ilang mga tulad na mga layer - sa kasong ito, ang isang dielectric layer ay muling lumaki sa nagresultang pagguhit at pagkatapos ang lahat ay sumusunod sa maayos na landas - isa pang layer ng photoresist, ang proseso ng photolithography (gamit ang isang bagong maskara), pag-ukit, pagtatanim. .. well, nakuha mo ang ideya.

Ang laki ng katangian ng transistor ay 32 nm na ngayon, at ang haba ng daluyong kung saan naproseso ang silikon ay hindi kahit na ordinaryong ilaw, ngunit isang espesyal na ultraviolet excimer laser - 193 nm. Gayunpaman, hindi pinapayagan ng mga batas ng optika ang paglutas ng dalawang bagay na matatagpuan sa layo na mas mababa sa kalahating haba ng daluyong. Nangyayari ito dahil sa diffraction ng liwanag. Ano ang dapat kong gawin?

Gumamit ng iba't ibang mga trick - halimbawa, bilang karagdagan sa mga nabanggit na excimer lasers, na kumikinang nang malayo sa ultraviolet spectrum, ang modernong photolithography ay gumagamit ng multilayer reflective optics gamit ang mga espesyal na maskara at isang espesyal na proseso ng immersion (submersible) photolithography.

Ang mga elemento ng lohika na nabuo sa panahon ng proseso ng photolithography ay dapat na konektado sa bawat isa. Upang gawin ito, ang mga plato ay inilalagay sa isang solusyon ng tansong sulpate, kung saan, sa ilalim ng impluwensya ng isang electric current, ang mga atomo ng metal ay "tumira" sa natitirang "mga sipi" - bilang isang resulta ng prosesong galvanic na ito, ang mga conductive na lugar ay nabuo. , lumilikha ng mga koneksyon sa pagitan ng sa magkakahiwalay na bahagi"lohika" ng processor.

Ang sobrang conductive coating ay inalis sa pamamagitan ng polishing.

Ang pinakamahirap na bahagi ay tapos na. Kaliwa sa tusong paraan ikonekta ang "nananatili" ng mga transistor - ang prinsipyo at pagkakasunud-sunod ng lahat ng mga koneksyon na ito (mga bus) ay tinatawag na arkitektura ng processor.

Ang mga koneksyon na ito ay naiiba para sa bawat processor - kahit na ang mga circuit ay tila ganap na flat, sa ilang mga kaso hanggang sa 30 mga antas ng naturang "mga wire" ay maaaring gamitin.

Malayo (na may napaka mataas na magnification) ang lahat ng ito ay mukhang isang futuristic na junction ng kalsada - at may nagdidisenyo ng mga tangle na ito!

Kapag natapos na ang pagproseso ng wafer, inililipat ang mga wafer mula sa produksyon patungo sa assembly at testing shop. Doon, ang mga kristal ay sumasailalim sa mga unang pagsubok, at ang mga pumasa sa pagsubok (at ito ang karamihan) ay pinutol mula sa substrate na may isang espesyal na aparato.

Sa susunod na yugto, ang processor ay nakabalot sa isang substrate (sa larawan - isang Intel Core i5 processor, na binubuo ng isang CPU at isang HD graphics chip).

Ang substrate, crystal at heat distribution cover ay magkakaugnay - ito ang produkto na aming ibig sabihin kapag sinabi namin ang salitang "processor".

Ang berdeng substrate ay lumilikha ng isang elektrikal at mekanikal na interface (ginagamit ang ginto para elektrikal na ikonekta ang silicon chip sa pabahay), salamat sa kung saan ito ay magiging posibleng pag-install processor sa motherboard socket - sa katunayan, ito ay isang platform lamang kung saan ang mga contact mula sa isang maliit na chip ay dadalhin.

Ang heat distribution cover ay isang thermal interface na nagpapalamig sa processor sa panahon ng operasyon - sa takip na ito ikakabit ang cooling system, ito man ay isang cooler radiator o isang malusog na water block.

Ang socket (CPU connector) ay isang socket o slot connector na idinisenyo para sa pag-install ng central processor.

Ang paggamit ng socket sa halip na direktang paghihinang ang processor sa motherboard ay ginagawang mas madaling palitan ang processor upang i-upgrade o ayusin ang iyong computer.

Ang connector ay maaaring inilaan para sa pag-install ng processor mismo o isang CPU card (halimbawa, sa Pegasos). Ang bawat slot ay nagbibigay-daan sa pag-install ng isang partikular na uri ng processor o CPU card.

Sa huling yugto ng produksyon handa na mga processor sumasailalim sa mga huling pagsubok upang matiyak ang pagsunod sa mga pangunahing katangian - kung ang lahat ay maayos, pagkatapos ay ang mga processor ay pinagsunod-sunod sa kinakailangang pagkakasunud-sunod sa mga espesyal na tray - sa form na ito ang mga processor ay pupunta sa mga tagagawa o magpapatuloy sa pagbebenta ng OEM.

Ang isa pang batch ay ibebenta bilang mga bersyon ng BOX - sa isang magandang kahon kasama ang stock cooling system.

Ngayon isipin na ang isang kumpanya ay nag-anunsyo, halimbawa, ng 20 bagong processor. Magkaiba silang lahat - ang bilang ng mga core, laki ng cache, mga suportadong teknolohiya...

Ang bawat modelo ng processor ay gumagamit ng isang tiyak na bilang ng mga transistor (nagbibilang ng milyun-milyon at kahit na bilyun-bilyon), ang sarili nitong prinsipyo ng pagkonekta ng mga elemento... At ang lahat ng ito ay dapat na idinisenyo at likhain/awtomatikong - mga template, lente, lithograph, daan-daang mga parameter para sa bawat proseso , pagsubok...

At ang lahat ng ito ay dapat gumana sa buong orasan, sa ilang mga pabrika nang sabay-sabay...

Bilang resulta, dapat lumitaw ang mga device na walang puwang para sa pagkakamali sa pagpapatakbo, at ang halaga ng mga teknolohikal na obra maestra na ito ay dapat na nasa loob ng mga hangganan ng pagiging disente.

Paano ginawa ang mga microcircuits?

Upang maunawaan kung ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng dalawang teknolohiyang ito, kinakailangan na kumuha ng isang maikling iskursiyon sa mismong teknolohiya ng paggawa ng mga modernong processor o integrated circuit.

Gaya ng nalalaman mula sa kursong pisika ng paaralan, sa modernong electronics Ang mga pangunahing bahagi ng integrated circuits ay p-type at n-type semiconductors (depende sa uri ng conductivity). Ang semiconductor ay isang sangkap na ang conductivity ay higit na mataas sa dielectrics, ngunit mas mababa sa mga metal. Ang batayan ng parehong uri ng semiconductors ay maaaring silikon (Si), na purong anyo(ang tinatawag na intrinsic semiconductor) ay hindi nagsasagawa ng electric current nang maayos, ngunit ang pagdaragdag (pagpapakilala) ng isang tiyak na karumihan sa silikon ay maaaring radikal na baguhin ang mga katangian ng conductive nito. Mayroong dalawang uri ng mga impurities: donor at acceptor. Ang karumihan ng donor ay humahantong sa pagbuo ng n-type semiconductors c elektronikong uri conductivity, at ang acceptor ay humahantong sa pagbuo ng p-type semiconductors na may hole type conductivity. Ang mga contact ng p- at n-semiconductors ay nagpapahintulot sa pagbuo ng mga pangunahing transistor mga elemento ng istruktura

modernong microcircuits. Ang mga transistor na ito, na tinatawag na mga transistor ng CMOS, ay maaaring umiral sa dalawang pangunahing estado: bukas, kapag nagsasagawa sila ng kuryente, at naka-off, kapag hindi sila nagsasagawa ng kuryente. Dahil ang mga transistor ng CMOS ay ang mga pangunahing elemento ng modernong microcircuits, pag-usapan natin ang mga ito nang mas detalyado.

Paano gumagana ang isang CMOS transistor?

Gayunpaman, kung ang isang positibong potensyal ay inilapat sa gate (Larawan 1), ang sitwasyon ay magbabago nang radikal. Sa ilalim ng impluwensya ng electric field ng gate, ang mga butas ay itinulak nang malalim sa p-semiconductor, at ang mga electron, sa kabaligtaran, ay iginuhit sa lugar sa ilalim ng gate, na bumubuo ng isang channel na mayaman sa elektron sa pagitan ng pinagmulan at alisan ng tubig. Kung ang isang positibong boltahe ay inilapat sa gate, ang mga electron na ito ay magsisimulang lumipat mula sa pinagmulan patungo sa alisan ng tubig. Sa kasong ito, ang transistor ay nagsasagawa ng kasalukuyang; ang transistor ay sinasabing "bukas." Kung ang boltahe ng gate ay tinanggal, ang mga electron ay hihinto sa pag-drawing sa lugar sa pagitan ng pinagmulan at alisan ng tubig, ang conducting channel ay nawasak at ang transistor ay huminto sa pagpasa ng kasalukuyang, iyon ay, ito ay "naka-off." Kaya, sa pamamagitan ng pagpapalit ng boltahe sa gate, maaari mong buksan o isara ang transistor, katulad ng kung paano mo i-on o i-off ang isang regular na toggle switch, na kinokontrol ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng circuit. Ito ang dahilan kung bakit tinatawag minsan ang mga transistor na electronic switch.

Gayunpaman, hindi tulad ng mga maginoo na mekanikal na switch, ang mga transistor ng CMOS ay halos walang inertia at may kakayahang lumipat mula sa on to off trilyong beses bawat segundo! Ito ang katangiang ito, iyon ay, ang kakayahang agad na lumipat, na sa huli ay tumutukoy sa pagganap ng processor, na binubuo ng sampu-sampung milyong tulad ng mga simpleng transistor. Kaya, moderno pinagsamang circuit

ay binubuo ng sampu-sampung milyong mga simpleng CMOS transistors. Isaalang-alang natin nang mas detalyado ang proseso ng paggawa ng mga microcircuits, ang unang yugto kung saan ay ang paggawa ng mga substrate ng silikon.

Hakbang 1. Lumalagong mga blangko

Kapag bumubuo ng mga wafer mula sa mga solong kristal na silikon, ang katotohanan na para sa mga perpektong istrukturang kristal ang mga pisikal na katangian ay higit na nakasalalay sa napiling direksyon (anisotropy property) ay isinasaalang-alang. Halimbawa, ang paglaban ng isang silikon na substrate ay mag-iiba sa longitudinal at transverse na direksyon. Gayundin, depende sa oryentasyon ng kristal na sala-sala, ang silikon na kristal ay magre-react nang iba sa anumang panlabas na impluwensya na nauugnay sa karagdagang pagproseso nito (halimbawa, pag-ukit, sputtering, atbp.).

Samakatuwid, ang plato ay dapat i-cut mula sa isang solong kristal sa paraang ang oryentasyon ng kristal na sala-sala na may kaugnayan sa ibabaw ay mahigpit na pinananatili sa isang tiyak na direksyon. Tulad ng nabanggit na, ang diameter ng silikon na solong kristal na workpiece ay alinman sa 200 o 300 mm. Bukod dito, ang diameter ay 300 mm ito ay kamag-anak bagong teknolohiya

, na tatalakayin natin sa ibaba. Malinaw na ang isang plato ng diameter na ito ay maaaring tumanggap ng higit sa isang microcircuit, kahit na pinag-uusapan natin ang tungkol sa isang processor ng Intel Pentium 4 Sa katunayan, maraming dosenang microcircuits (processors) ang nabuo sa isang naturang substrate plate, ngunit para sa pagiging simple, gagawin natin. isaalang-alang lamang ang mga prosesong nagaganap sa isang maliit na lugar ng isang hinaharap na microprocessor.

Hakbang 2. Paglalagay ng protective film ng dielectric (SiO2)

Matapos ang pagbuo ng substrate ng silikon, nagsisimula ang yugto ng paglikha ng isang kumplikadong istraktura ng semiconductor.

Sa unang yugto, ang buong silicon wafer ay ganap na natatakpan ng isang manipis na pelikula ng silikon dioxide (SiO2), na isang napakahusay na insulator at nagsisilbing isang proteksiyon na pelikula sa panahon ng karagdagang pagproseso ng silikon na kristal. Ang mga wafer ay inilalagay sa isang silid kung saan, sa mataas na temperatura (mula 900 hanggang 1100 °C) at presyon, ang oxygen ay kumakalat sa mga layer ng ibabaw ng mga wafer, na humahantong sa oksihenasyon ng silikon at pagbuo ng isang ibabaw na pelikula ng silikon dioxide. Upang ang silicon dioxide film ay magkaroon ng isang tiyak na tinukoy na kapal at walang mga depekto, ito ay kinakailangan upang mahigpit na mapanatili ang isang pare-pareho ang temperatura sa lahat ng mga punto ng wafer sa panahon ng proseso ng oksihenasyon. Kung hindi ang buong wafer ay dapat na sakop ng isang silicon dioxide film, pagkatapos ay isang Si3N4 mask ay unang ilapat sa silicon substrate upang maiwasan ang hindi gustong oksihenasyon.

Hakbang 3. Paglalapat ng photoresist

Matapos ang substrate ng silikon ay natatakpan ng isang proteksiyon na pelikula ng silikon dioxide, kinakailangan na alisin ang pelikulang ito mula sa mga lugar na sasailalim sa karagdagang pagproseso. Ang pelikula ay tinanggal sa pamamagitan ng pag-ukit, at upang maprotektahan ang natitirang mga lugar mula sa pag-ukit, ang isang layer ng tinatawag na photoresist ay inilalapat sa ibabaw ng wafer. Ang terminong "photoresist" ay tumutukoy sa mga compound na sensitibo sa liwanag at lumalaban sa mga agresibong salik. Ang mga komposisyon na ginamit ay dapat magkaroon, sa isang banda, ng ilang mga katangian ng photographic (sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet light sila ay natutunaw at nahuhugas sa panahon ng proseso ng pag-ukit), at sa kabilang banda, resistive, na nagpapahintulot sa kanila na makatiis ng pag-ukit sa mga acid at alkalis , pagpainit, atbp. Ang pangunahing layunin ng mga photoresist ay upang lumikha ng isang proteksiyon na lunas ng nais na pagsasaayos.

Ang proseso ng paglalapat ng photoresist at ang karagdagang pag-iilaw nito sa ultraviolet light ayon sa isang naibigay na pattern ay tinatawag na photolithography at kasama ang mga sumusunod na pangunahing operasyon: pagbuo ng isang layer ng photoresist (pagproseso ng substrate, aplikasyon, pagpapatuyo), pagbuo ng isang proteksiyon na lunas (pagkakalantad, pag-unlad, pagpapatuyo) at paglipat ng imahe sa substrate (pag-ukit, sputtering atbp.).

Bago ilapat ang isang layer ng photoresist (Larawan 3) sa substrate, ang huli ay sumasailalim sa pre-treatment, bilang isang resulta kung saan ang pagdirikit nito sa photoresist layer ay nagpapabuti. Upang mag-aplay ng isang pare-parehong layer ng photoresist, ginagamit ang paraan ng centrifugation. Ang substrate ay inilalagay sa isang umiikot na disk (centrifuge), at sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng sentripugal, ang photoresist ay ipinamamahagi sa ibabaw ng substrate sa isang halos pare-parehong layer. (Kapag pinag-uusapan ang halos pare-parehong layer, isinasaalang-alang namin ang katotohanan na sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng sentripugal, ang kapal ng nagresultang pelikula ay tumataas mula sa gitna hanggang sa mga gilid, gayunpaman, ang pamamaraang ito ng paglalapat ng photoresist ay maaaring makatiis ng mga pagbabago sa layer. kapal sa loob ng ± 10%.)

Hakbang 4. Lithography

Pagkatapos mag-apply at matuyo ang photoresist layer, nagsisimula ang yugto ng pagbuo ng kinakailangang proteksiyon na lunas. Ang kaluwagan ay nabuo bilang isang resulta ng katotohanan na sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet radiation na bumabagsak sa ilang mga lugar ng photoresist layer, binabago ng huli ang mga katangian ng solubility, halimbawa, ang mga iluminado na lugar ay huminto sa pagtunaw sa solvent, na nag-aalis ng mga lugar ng ang layer na hindi nalantad sa pag-iilaw, o kabaliktaran - ang mga lugar na iluminado ay natunaw. Batay sa paraan ng pagbuo ng relief, ang mga photoresist ay nahahati sa negatibo at positibo. Ang mga negatibong photoresist, kapag nalantad sa ultraviolet radiation, ay bumubuo ng mga proteksiyon na lugar ng lunas. Ang mga positibong photoresist, sa kabaligtaran, sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet radiation ay nakakakuha ng mga katangian ng pagkalikido at hinuhugasan ng solvent. Alinsunod dito, ang isang proteksiyon na layer ay nabuo sa mga lugar na hindi nakalantad sa ultraviolet irradiation.

Upang maipaliwanag ang nais na mga lugar ng photoresist layer, ginagamit ang isang espesyal na template ng mask.

Ang ultraviolet radiation, na dumadaan sa naturang template (Larawan 4), ay nag-iilaw lamang sa mga kinakailangang lugar ng ibabaw ng photoresist layer. Pagkatapos ng pag-iilaw, ang photoresist ay sumasailalim sa pag-unlad, bilang isang resulta kung saan ang mga hindi kinakailangang lugar ng layer ay tinanggal. Inilalantad nito ang kaukulang bahagi ng layer ng silicon dioxide.

Sa kabila ng maliwanag na pagiging simple ng proseso ng photolithographic, ito ang yugto ng paggawa ng microcircuit na ang pinaka kumplikado. Ang katotohanan ay, alinsunod sa hula ni Moore, ang bilang ng mga transistor sa isang chip ay tumataas nang exponentially (doble bawat dalawang taon). Ang ganitong pagtaas sa bilang ng mga transistor ay posible lamang dahil sa isang pagbawas sa kanilang laki, ngunit ito ay tiyak na ang pagbaba na "namamahinga" sa proseso ng lithography. Upang gawing mas maliit ang mga transistor, kinakailangan upang bawasan ang mga geometric na sukat ng mga linya na inilapat sa photoresist layer. Pero may hangganan ang lahat ng focus laser beam to the point na hindi pala ganun kadali. Ang katotohanan ay na, alinsunod sa mga batas ng wave optika pinakamababang sukat

Ang bagong teknolohiya ng lithography, na tinatawag na EUV lithography (Extreme UltraViolet ultra-hard ultraviolet radiation), ay batay sa paggamit ng ultraviolet radiation na may wavelength na 13 nm.

Ang paglipat mula sa DUV patungo sa EUV lithography ay nagbibigay ng higit sa 10-tiklop na pagbawas sa wavelength at isang paglipat sa isang hanay kung saan ito ay maihahambing sa laki lamang ng ilang sampu ng mga atom.

Ang kasalukuyang teknolohiya ng lithography ay nagbibigay-daan para sa isang pattern na may pinakamababang lapad ng wire na 100 nm, habang ginagawang posible ng EUV lithography na mag-print ng mas maliliit na lapad ng linya, hanggang sa 30 nm. Ang pagkontrol sa ultrashort radiation ay hindi kasingdali ng tila. Dahil ang EUV radiation ay mahusay na hinihigop ng salamin, ang bagong teknolohiya ay nagsasangkot ng paggamit ng isang serye ng apat na espesyal na matambok na salamin na nagpapababa at nakatutok sa imahe na nakuha pagkatapos ilapat ang maskara (Larawan 5, ,).

Ang bawat salamin ay naglalaman ng 80 indibidwal na mga layer ng metal na humigit-kumulang 12 atoms ang kapal.

Hakbang 5: Pag-ukit

Matapos ilantad ang layer ng photoresist, ang yugto ng pag-ukit ay nagsisimulang alisin ang silicon dioxide film (Larawan 8).

Ang proseso ng pag-ukit ay kadalasang nauugnay sa mga acid bath. Ang paraan ng pag-ukit ng acid na ito ay kilala sa mga radio amateur na gumawa ng sarili nilang mga naka-print na circuit board. Upang gawin ito, ang isang pattern ng mga track para sa hinaharap na board ay inilapat sa foil-coated PCB na may barnisan, na nagsisilbing isang proteksiyon na layer, at pagkatapos ay ang plato ay ibinaba sa isang paliguan ng nitric acid. Ang mga hindi kinakailangang seksyon ng foil ay nakaukit, na naglalantad ng malinis na PCB.

Pagkatapos ng pamamaraan ng pag-ukit, iyon ay, kapag nakalantad mga kinakailangang lugar purong silikon, ang natitirang bahagi ng photolayer ay tinanggal. Kaya, ang isang pattern na ginawa ng silicon dioxide ay nananatili sa silicon substrate.

Hakbang 6. Pagsasabog (ion implantation)

Alalahanin natin na ang nakaraang proseso ng pagbuo ng kinakailangang pattern sa isang silikon na substrate ay kinakailangan upang lumikha ng mga istruktura ng semiconductor sa mga tamang lugar sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang donor o acceptor na karumihan. Ang proseso ng pagpapakilala ng mga impurities ay isinasagawa sa pamamagitan ng diffusion (Fig. 9) pare-parehong pagpapakilala ng mga atomo ng impurity sa silicon crystal lattice. Upang makakuha ng n-type na semiconductor, kadalasang ginagamit ang antimony, arsenic o phosphorus.

Upang makakuha ng isang p-type semiconductor, boron, gallium o aluminyo ay ginagamit bilang mga impurities.

Ang ion implantation ay ginagamit para sa proseso ng dopant diffusion. Ang proseso ng pagtatanim ay binubuo ng mga ions ng ninanais na karumihan na "binaril" mula sa isang mataas na boltahe na accelerator at, pagkakaroon ng sapat na enerhiya, tumagos sa ibabaw na mga layer ng silikon.

Kaya, sa pagtatapos ng yugto ng pagtatanim ng ion, ang kinakailangang layer ng istraktura ng semiconductor ay nilikha. Gayunpaman, sa mga microprocessor ay maaaring mayroong ilang mga naturang layer. Upang lumikha ng susunod na layer sa nagresultang pattern ng circuit, isang karagdagang manipis na layer ng silicon dioxide ay lumago. Pagkatapos nito, ang isang layer ng polycrystalline silicon at isa pang layer ng photoresist ay idineposito. Ang ultraviolet radiation ay ipinapasa sa pangalawang maskara at itinatampok ang kaukulang pattern sa layer ng larawan. Pagkatapos ay muli ang mga yugto ng pagtunaw ng photolayer, pag-ukit at pagtatanim ng ion ay sumusunod.

Hakbang 7. Sputtering at deposition

Ang aplikasyon ng mga bagong layer ay isinasagawa nang maraming beses, habang para sa mga interlayer na koneksyon "mga bintana" ay naiwan sa mga layer, na puno ng mga metal na atom; likurang bahagi Ang mga substrate ay pinahiran ng isang layer ng espesyal na materyal na nagpapabuti sa attachment ng kristal sa katawan ng hinaharap na processor.

Hakbang 8. Pangwakas na yugto

Sa pagtatapos ng ikot ng pagbuo, ang lahat ng mga processor ay lubusang nasubok. Pagkatapos ay mula sa substrate plate gamit espesyal na aparato ang mga partikular na kristal na nakapasa na sa pagsubok ay pinutol (Larawan 10).

Ang bawat microprocessor ay nakapaloob sa proteksiyon na pabahay, na nagbibigay din ng de-koryenteng koneksyon sa pagitan ng microprocessor chip at mga panlabas na device.

Ang uri ng pabahay ay depende sa uri at nilalayon na aplikasyon ng microprocessor.

Pagkatapos ng sealing sa kaso, ang bawat microprocessor ay muling susuriin. Ang mga maling processor ay tinatanggihan, at ang mga gumagana ay sumasailalim sa mga pagsubok sa pagkarga. Ang mga processor ay pinagsunod-sunod batay sa kanilang pag-uugali sa iba't ibang bilis ng orasan at mga boltahe ng supply.

Mga promising na teknolohiya

Isinaalang-alang namin ang teknolohikal na proseso ng paggawa ng mga microcircuits (sa partikular, mga processor) sa napakasimpleng paraan. Ngunit kahit na ang gayong mababaw na pagtatanghal ay nagpapahintulot sa amin na maunawaan ang mga teknolohikal na paghihirap na nakatagpo kapag binabawasan ang laki ng mga transistor.

Gayunpaman, bago isaalang-alang ang mga bagong promising na teknolohiya, sasagutin namin ang tanong na ibinabanta sa pinakadulo simula ng artikulo: ano ang pamantayan ng disenyo ng proseso ng teknolohikal at kung paano, sa katunayan, naiiba ang pamantayan ng disenyo ng 130 nm mula sa pamantayan ng 180 nm? 130 nm o 180 nm ito ang katangiang pinakamababang distansya sa pagitan ng dalawang katabing elemento sa isang layer ng microcircuit, iyon ay, isang uri ng grid step kung saan naka-link ang mga elemento ng microcircuit. Medyo halata na ang mas maliit na laki ng katangiang ito, mas maraming mga transistor ang maaaring mailagay sa parehong lugar ng microcircuit. Sa kasalukuyan, ang mga processor ng Intel ay gumagamit ng 0.13-micron proseso. Ang processor ay ginawa gamit ang teknolohiyang ito Intel Pentium 4 na may Northwood core, Intel Pentium III processor na may Tualatin core at processor

Kasabay ng pagtaas ng density ng transistors sa processor chip, ang 0.13-micron na teknolohiya, na pinalitan ang 0.18-micron na teknolohiya, ay may iba pang mga inobasyon. Una, gumagamit ito ng mga koneksyong tanso sa pagitan ng mga indibidwal na transistor (sa 0.18-micron na teknolohiya ang mga koneksyon ay aluminyo). Pangalawa, tinitiyak ng 0.13-micron na teknolohiya ang mas mababang pagkonsumo ng kuryente. Para sa mga mobile na kagamitan, halimbawa, nangangahulugan ito na ang pagkonsumo ng kuryente ng mga microprocessor ay nagiging mas mababa at ang buhay ng baterya ay mas mahaba.

Well, ang huling pagbabago na ipinatupad sa panahon ng paglipat sa isang 0.13-micron teknolohikal na proseso ay ang paggamit ng mga silicon wafers (wafer) na may diameter na 300 mm. Alalahanin natin na bago ito, karamihan sa mga processor at microcircuits ay ginawa batay sa 200 mm na mga wafer.

Ang pagtaas ng diameter ng wafer ay ginagawang posible na bawasan ang gastos ng bawat processor at dagdagan ang ani ng mga produkto na may sapat na kalidad. Sa katunayan, ang lugar ng isang wafer na may diameter na 300 mm ay 2.25 beses na mas malaki kaysa sa lugar ng isang wafer na may diameter na 200 mm, at naaayon, ang bilang ng mga processor na nakuha mula sa isang wafer na may diameter na 300 mm ay higit sa dalawang beses ang laki.

Noong 2003, isang bagong teknolohikal na proseso na may mas maliit na pamantayan sa disenyo ay inaasahang ipakilala, katulad ng 90-nanometer. Ang bagong proseso kung saan gagawin ng Intel ang karamihan sa mga produkto nito, kabilang ang mga processor, chipset at kagamitan sa komunikasyon, ay binuo sa D1C 300mm wafer processing facility ng Intel sa Hillsboro, Oregon.

Noong Oktubre 23, 2002, inihayag ng Intel ang pagbubukas ng bagong $2 bilyong pasilidad sa Rio Rancho, New Mexico. Ang bagong planta, na tinatawag na F11X, ay gagamit makabagong teknolohiya, na gagawa ng mga processor sa 300 mm na mga wafer gamit ang teknolohiya ng proseso na may standard na disenyo na 0.13 microns. Noong 2003, ililipat ang planta sa isang teknolohikal na proseso na may pamantayang disenyo na 90 nm.

Bilang karagdagan, inihayag na ng Intel ang pagpapatuloy ng pagtatayo ng isa pang pasilidad ng produksyon sa Fab 24 sa Leixlip (Ireland), na idinisenyo upang makagawa ng mga bahagi ng semiconductor sa 300 mm na silicon na mga wafer na may 90 nm na pamantayan sa disenyo. Isang bagong negosyo na may kabuuang lawak na higit sa 1 milyong metro kuwadrado. talampakan na may partikular na malinis na mga silid na may lawak na 160 libong metro kuwadrado. ft. ay inaasahang magiging operational sa unang kalahati ng 2004 at kukuha ng higit sa isang libong empleyado. Ang halaga ng pasilidad ay humigit-kumulang 2 bilyong dolyar.

Ang 90nm na proseso ay gumagamit ng isang hanay ng mga advanced na teknolohiya. Ito ang pinakamaliit na mass-produced CMOS transistors sa mundo na may haba ng gate na 50 nm (Fig. 11), na nagbibigay ng mas mataas na performance habang binabawasan ang pagkonsumo ng kuryente, at ang pinakamanipis na gate oxide layer ng anumang transistor na nagawa - 1.2 nm lamang (Fig. 12), o mas mababa sa 5 atomic layer, at ang unang pagpapatupad ng industriya ng high-performance strained silicon na teknolohiya.

Sa mga nakalistang katangian, marahil ang konsepto lamang ng "stressed silicon" ay nangangailangan ng komento (Larawan 13). Sa naturang silikon, ang distansya sa pagitan ng mga atomo ay mas malaki kaysa sa isang maginoo na semiconductor. Ito naman, ay nagbibigay-daan sa agos na dumaloy nang mas malayang, katulad ng kung paano gumagalaw nang mas malaya at mas mabilis ang trapiko sa isang kalsadang may mas malalawak na daanan.

Bilang resulta ng lahat ng mga pagbabago, ang mga manggagawa ay nagpapabuti ng 10-20%. mga katangian ng transistor, na may pagtaas sa mga gastos sa produksyon na 2% lamang.

Bukod pa rito, ang 90nm na proseso ay gumagamit ng pitong layer bawat chip (Figure 14), isang layer na higit sa 130nm na proseso, at gumagamit din ng mga copper interconnects.

Ang lahat ng feature na ito, na sinamahan ng 300mm silicon wafers, ay nagbibigay sa Intel ng mga benepisyo sa performance, dami ng produksyon at gastos. Nakikinabang din ang mga mamimili, dahil ang bagong teknolohiya ng proseso ng Intel ay nagpapahintulot sa industriya na patuloy na umunlad alinsunod sa Batas ni Moore, na paulit-ulit na nagpapataas ng pagganap ng processor.