Прах при прахта, пясък при силиций
Категория: Хардуер
PC MAGAZINE
сряда, 15 Юни 2005 1:21ч
По време на производствения процес всяка пластина се разделя посредством мрежа, на която във всяко квадратче съдържа единичен чип. Например Prescott версията на Pentium4 представлява горе-долу квадрат със страна 1 см, което е по-малко от широчината на нормален човешки пръст.
През последните няколко години полупроводниковата индустрия премина от употреба на 200 mm силициеви пластини към 300-милиметрови. По-големият размер на пластината може да съдържа поне два пъти повече чипове, а струва малко повече от 200-мм си предшественик, като по този начин цената на единичния чип пада с около 30%. За да се възползват от това спестяване, и AMD, и Intel вече произвеждат своите процесори върху 300-мм подложки.
Най-чистото място на земята
Превръщането на силициевите подложки в чипове изисква т.нар интегрирани верижни фабрични инсталации, наречени фабове. Един модерен завод струва повече от 2 милиарда долара заедно с изграждането и оборудването; само най-големите компании могат да си позволят подобно нещо (Intel, разбира се, има няколко). Всеки фаб има производствен капацитет от десетки милиони чипа на година, което от своя страна генерира милиарди долари приход.
Центърът на един „фаб” е т.нар. чиста стая. Колко чиста е в действителност? Около 10000 пъти по-чиста от хирургичен кабинет в болница. Транзисторите в модерния чип са широки 0,05 микрона (50 nm), което прави около 20000 по-тесни от човешки косъм. И най-малката прашинка прах може да повреди транзистора, което е потенциална причина за безвъзвратна повреда и на самия процесор. Въздухът се пречиства няколко пъти в минута, а всички работници са облечени в специални скафандри, за да нямат досег до въздуха.
В най-новите подобни фабрични инсталации дори и тези предпазни мерки не са достатъчни. Подложките там се транспортират и обработват в предпазна среда, наситена с инертен газ. Служителите манипулират единствено външната обвивка, зад която са скрити подложките, а самите те се обработват от механични роботи в ултразащитени от външни влияния камери.
Няколко машини в инсталацията извършват манипулирането на силициевите подложки. Всяка една от тях струва милиони долари и от своя страна те също трябва да бъдат наблюдавани и поддържани с цел постигане на максимална производителност.
Изработването на перфектния процесор
Чиповете се изграждат от слоеве, които се състоят от различни видове силиций или метали, като волфрам, алуминий или мед. Всеки материал има различни електрични свойства и може да бъде използван в комбинация за получаване на различни транзистори (превключватели), връзки или други необходими елементи на схемата. Модерните процесори имат над 20 различни слоя, от които са изработени.
За всеки слой се използва сходен набор от последователни стъпки. Първи се полага много тънък слой, покриващ цялата подложка. Това може да бъде направено по много начини, в зависимост от типа на материала. Например даден процес на дифузия трябва да впръска точно прецизирани количества примеси в слоя силиций, като арсен или бор, с което се цели промяна скоростта на превключване на транзистора или други електрични характеристики. Химичен процес като дифузията изисква температури над 1000 градуса по Целзий.
Утаяването чрез изпарение създава тънък метален слой чрез нагряване на метала до достигане на парообразно състояние, след което последният се наслоява равномерно върху повърхността на подложката. Процесът трябва да бъде внимателно контролиран, за да може генерираният покривен слой да бъде с еднаква дебелина навсякъде и без празноти. А някои слоеве са дебели само няколко атома.
След полагането на този основен слой той трябва да бъде оформен на отделни шаблони и пътечки чрез специален процес, наречен фотолитография. Подложката се покрива с чувствителен към светлина материал, наречен фоторезист. Всеки бъдещ чип се подлага на осветяване, преминаващо през маска шаблон. Местата, където фоторезистът е бил осветен, се изчистват, а останалите остават покрити с този материал.
