Intel îţi prezintă procesul complet de fabricaţie al procesoarelor

⇣ Sari la articol

Te-ai întrebat vreodată cum se fabrică componenta principală din motorul fiecărui calculator sau smartphone ? Ei bine, cei de la Intel îţi prezintă un ghid complet ce oferă detalii extrem de interesante, precum faptul că la baza fiecărui cip stă un material creat din nisip.

Pasul ISilicul este al doilea cel mai întâlnit element chimic în crusta terestă. Nisipul – în special cuarţul – deţine un procent ridicat de siliciu, sub forma oxidului de siliciu, SiO2, ingredient de bază în producerea semiconductorilor.

Topirea siliciului – Pentru început, siliciul este purificat în mai multe etape, până se atingă calitatea necesară producerii de semiconductori, stare cunoscută sub numele de Electronic Grade Silicon. Această stare permite deţinerea unui singur atom străin la un miliard de atomi de siliciu. În fotografia de mai sus puteţi vedea cum creşte un cristal folosind siliciul topit şi purificat. Rezultatul se numeşte Ingot – cilindrul negru din fotografie.

Obţinerea unui cilindru din cristal obţinut din siliciu topit şi purificat – Ingotul este produs folosind Electronic Grade Silicon. Cântăreşte aproximativ 100 kilograme şi are o puritate a siliciului de 99,9999%.

Pasul II – Ingotul este tăiat în discuri individuale de siliciu, cunoscute sub numele de wafere. Waferele sunt polişate până când suprafaţa lor devine perfect nivelată. Waferele sunt achiziţionate de Intel de la terţe companii. Pentru tehnologia pe 32 nm Intel foloseşte wafere cu un diametru de 300 mm. Atunci când Intel a început să producă chipuri, compania a tipărit circuite pe wafere de 50 mm. Folosirea waferelor de 300 mm conduce la o scădere a costului de producere a unui chip.

Pasul IIIProducerea de chip-uri din waffere constă în realizarea a sute de paşi precişi.

Implantul de ioni – Wafer-ul este bombardat cu ioni pozitivi şi negativi

Eliminarea stratului fotorezistent – După implantul de ioni, stratul fotorezistent este eliminat.

Pasul IVÎn schimbul aplicarii unui izolator tradiţional între tranzistor şi canal, Intel aplică mai multe strate de izolator cu constantă dielectrică ridicată.

Aplicarea izolatorului cu constantă dielectrică ridicată – Sunt mai multe tipuri de straturi moleculare aplicate pe suprafaţa wafer-ului.

Izolator cu constantă dielectrică ridicată – Această etapă arată cum a fost aplicat izolatorul cu constantă dielectrică ridicată pe întregul waffer. Materialul cu constantă dielectrică ridicată este mai gros decât layer-ul tradiţional. Are în schimb aceleaşi proprietăţi capacitive.

Pasul V – Peste waferul care se învârte este turnat un lichid, ce va acţiona ca un strat fotoprotector. Waferul este supus unei mişcări de rotaţie pentru a se asigura aplicarea unui strat fotoprotector subţire şi egal.

Expunerea – Stratul fotoprotector este expus luminii ultraviolete. Reacţia chimică este similară cu cea declanşată asupra filmului unui aparat foto atunci când se apasă butonul de surprindere a instantaneului. Materialul fotoprotector expus la lumină UV devine solubil. Expunerea este realizată prin folosirea unor măşti. Atunci când sunt folosite cu lumină UV, acestea creează un tipar pe fiecare strat al microprocesorului. Un obiectiv reduce imaginea măştii, aşa că, ceea ce este tipărit pe wafer este de patru ori mai mic liniar decât tiparul măştii. Cu toate că de cele mai multe ori sute de microprocesoare sunt construite pe un singur wafer, această poveste se va concentra doar pe crearea unui singur element al unui microprocesor – un tranzistor. Un tranzistor acţionează asemenea unui comutator ce controlează fluxul de curent electric dintr-un chip de calculator. Cercetătorii Intel au dezvoltat tranzistori atât de mici încât aproape 30 de milioane ar putea să încapă pe vârful unui ac.

Pasul VI – Materialul fotoprotector este complet dizolvat de solvent.

Gravură – Stratul fotoprotector are scopul de a proteja materialul ce nu trebuie gravat. Procesul de gravură se face folosind acizi puternici.

Eliminarea materialului fotoprotector – După terminarea procesului de creare a design-ului, materialul fotoprotector este înlăturat şi astfel forma dorită devine vizibilă.

Pasul VII – Tranzistorul – Tranzistorul este aproape finalizat. Au fost gravate trei găuri în stratul evidenţiat de culoarea roşie. Cele trei găuri vor fi umplute cu cupru sau alte materiale, fapt care va face posibilă realizarea unei conexiuni cu alţi tranzistori.

Galvanizare – Waferul este pus într-o soluţie bazată pe sulfat de cupru. Ionii de cupru se deplasează de la terminalul pozitiv la cel negativ.

După galvanizare – Pe suprafaţa waferului ionii de cupru se depun sub forma unui strat subţire.

Pasul VIII – Materialul în exces este îndepărtat printr-un proces de polish.

Strat metalic – Multiple straturi de metal sunt create pentru a se realiza o interconectare cu alţi tranzistori. Aceste conexiuni sunt create în funcţie de arhitectura şi de design-ul gândit de echipa ce dezvoltă funcţionalitatea procesorului respectiv (ex. Intel Core i5). Cu toate că chipul unui calculator apare plat, acesta are mai mult de 30 de strate ce formează un circuit complex. Dacă te uiţi la o imagine mărită a unui chip vei putea vedea o reţea intrisecă de linii de circuit şi de tranzistori.

Pasul IX – Waferele sunt supuse primelor teste de funcţionare. În această etapă, cu ajutorul unor modele toate waferele sunt testate, iar rezultatele date de chip sunt comparate cu „răspunsurile corecte”.

Tăierea waferelor – Waferul este tăiat în bucăţi, cunoscute sub numele de matriţe.

Renunţarea la matriţele cu probleme – Matriţele ce nu corespund anumitor standarde sunt aruncate. Restul se vor trimite către împachetare.

Pasul XSubstratul verde asigura interfaţa mecanică şi electrică a procesorului pentru interacţiune cu restul componentelor sistemului.

Procesorul – Un microprocesor este cel mai complex produs creat. De fapt, sunt necesari sute de paşi pentru realizarea unuia.

Pasul XI – TestareaÎn etapa finala procesorul va fi testat pentru a vedea dacă răspunde bine la comenzi.

TransportDupă realizarea acestor teste, procesoarele cu aceleaşi capabilităţi sunt dispuse în tăvi speciale, pentru transport.

Pachetul pentru retailProcesoarele ajung fie direct în retail, folosindu-se o cutie precum este cea din imagine, fie ajung la producătorii de sisteme.