От песка до процессора

А знаете ли вы, что процессор, «мозг» вашего ПК, сделан из песка, точнее, его элемента – кремния (англ. silicon)? И именно в честь него знаменитое место в американском штате Калифорния, где создаются компьютеры и программы, названо Кремниевой долиной (Silicon Valley)? Процессоры – очень сложные устройства, состоящие из сотен миллионов крошечных первичных элементов, которые зовутся транзисторами. На заводах Intel процессоры изготавливаются в особо чистых помещениях; при этом производство состоит из множества этапов.

Кремний - второй после кислорода наиболее часто встречающийся химический элемент в земной коре. В песке он содержится в больших количествах в виде диоксида кремния (SiO2). Именно кремний является основой современного полупроводникового производства.

Сначала кремний проходит многоступенчатый процесс очистки: «микроэлектронный» кремний, предназначенный для микросхем, не может содержать больше примесей, чем один чужеродный атом на миллиард. Кремний расплавляют и делают заготовки, каждая из которых весит около 100 кг. Из такой заготовки, как из куска мрамора при создании скульптуры, можно получить огромное количество крошечных транзисторов – элементарных переключателей, регулирующих прохождение электрического тока. Представьте, что в современной микросхеме размером всего 1-2 квадратных сантиметра Intel сумела разместить несколько миллиардов транзисторов.

Заготовку нарезают на отдельные кремниевые диски – «подложки», на каждой из которых будут расположены сотни микропроцессоров. Подложки полируют до зеркального блеска, чтобы устранить все дефекты поверхности, а затем при вращении наносят фотополимерный слой (так слой получится максимально тонким). Почти такой же фотополимер используют при производстве фотопленки.

Обработанная подобным образом подложка подвергается воздействию ультрафиолетового света, и в фотополимерном слое происходит химическая реакция – примерно так же, как на фотопленке в процессе фотографирования: свет проходит через трафарет («маску»), повторяя рисунок одного слоя микропроцессора. Линза фокусирует свет, из-за чего реальный размер схемы, напечатанной на подложке, как правило, в четыре раза меньше трафарета. Участки, на которые попал свет, становятся растворимыми и вымываются. В итоге получается нужный рисунок, который теперь требуется защитить. Снова наносится фотополимер, еще раз облучается, и теперь удаляются те участки кремния, которые находились под «высвеченным» веществом. Неэкспонированный фотополимер закроет участки кремния, которые должны остаться нетронутыми, для следующего этапа – ионизации, в процессе которой свободные от полимера участки кремния бомбардируются ионами. В тех областях, куда они попали, изменяются свойства электрической проводимости. Электрическое поле заставляет ионы ударяться о поверхность подложки с огромной скоростью – более 300.000 км/ч.

Оставшийся полимер удаляют, и транзистор почти готов. В его изолирующем слое делаются три отверстия и заполняются медью: они играют роль контактов, через которые транзистор соединяется с другими транзисторами. Для этого подложку погружают в раствор сульфата меди. Под воздействием электрического тока на транзистор выпадают осадки в виде ионов меди: они переходят с положительного электрода (анода) на отрицательный (катод) – подложку.

Для соединения транзисторов создается многоуровневая разводка. То, как они должны быть соединены, в корпорации Intel решает архитектор микросхемы. Несмотря на то, что процессоры выглядят плоскими, они могут включать сложнейшую разводку, состоящую из более чем 20 слоев: если рассмотреть их под микроскопом, можно увидеть сложную сеть, напоминающую фантастическую многоуровневую систему скоростных автомагистралей. В Intel часть готовой подложки проходит первый тест на функциональность. На этом этапе на каждый из выбранных транзисторов подается ток, и его реакция сверяется с «правильным ответом». Подложка разрезается на отдельные куски, которые называются кристаллами. Кристаллы, которые дали верный ответ при тестировании, станут основой процессоров, а бракованные выбрасываются.

Перед нами отдельный кристалл, из которого будет сделан процессор Intel. Его помещают между основанием (электрический и механический «соединитель» с материнской платой компьютера) и крышкой-теплоотводом, на которой сверху будет размещено устройство охлаждения.

В ходе окончательного тестирования в Intel процессоры проверяются на соответствие требуемым параметрам (например, выделение тепла, максимальная тактовая частота), затем сортируются, упаковываются и отправляются к производителям компьютеров.

По материалам пресс-центра КГ

AlexS


Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 31 за 2009 год в рубрике hard

©1997-2022 Компьютерная газета