Зміст
Введення. 2
1. Технології виробництва мікропроцесорів. 4
1.2 Основні етапи виробництва. 8
1.3 Вирощування діоксиду кремнію і створення проводять областей. 9
1.4 Тестування. 11
1.5 Виготовлення корпуса. 11
1.6 Перспективи виробництва. 12
2. Особливості виробництва мікропроцесорів. 18
3. Технологічні етапи виробництва мікропроцесорів. 26
3.1 Як створюються чіпи .. 26
1.2 Все починається з підкладок. 27
1.3 Виробництво підкладок. 27
1.4 Легування, дифузія. 29
1.5 Створення маски. 30
1.6 Фотолітографія. 31
Висновок. 37
Список літератури .. 38
Введення
Сучасні мікропроцесори - це найшвидші і розумні мікросхеми в світі. Вони можуть здійснювати до 4 млрд. операцій в секунду і виробляються з використанням безлічі різних технологій. З початку 90-х років 20 століття, коли процесори пішли в масове використання вони пережили кілька ступенів розвитку. Апогеєм розвитку мікропроцесорних структур, використовують існуючі технології мікропроцесорів 6-го покоління, став 2002 рік, коли стало доступним використання всіх основних властивостей кремнію для отримання великих частот при найменших втратах при виробництві та створенні логічних схем. Зараз же ефективність нових процесорів дещо падає, незважаючи на постійне зростання частоти роботи кристалів.
Мікропроцесор - це інтегральна схема, сформована на маленькому кристалі кремнію. Кремній застосовується в мікросхемах в силу того, що він має напівпровідниковими властивостями: його електрична провідність більше, ніж у діелектриків, але менше, ніж у металів. Кремній можна зробити як ізолятором, що перешкоджає рухові електричних зарядів, так і провідником - тоді електричні заряди будуть вільно проходити через нього. Провідністю напівпровідника можна управляти шляхом введення домішок.
Мікропроцесор містить мільйони транзисторів, з'єднаних між собою найтоншими провідниками з алюмінію або міді і використовуваних для обробки даних. Так формуються внутрішні шини. В результаті мікропроцесор виконує безліч функцій - від математичних та логічних операцій до управління роботою інших мікросхем і всього комп'ютера.
Один з головних параметрів роботи мікропроцесора - частота роботи кристала, визначальна кількість операцій за одиницю часу, частота роботи системної шини, об'єм внутрішньої кеш-пам'яті SRAM. За частотою роботи кристала маркують процесор. Частота роботи кристала визначається частотою перемикань транзисторів із закритого стану у відкрите. Можливість транзистора перемикатися швидше визначається технологією виробництва кремнієвих пластин, з яких робляться чіпи. Розмірність технологічного процесу визначає розміри транзистора (його товщину і довжину затвора). Наприклад, при використанні 90-нм техпроцесу, який був введений на початку 2004 року, розмір транзистора становить 90 нм, а довжина затвора - 50 нм.
Всі сучасні процесори використовують польові транзистори. Перехід до нового техпроцесу дозволяє створювати транзистори з більшою частотою перемикання, меншими струмами витоку, менших розмірів. Зменшення розмірів дозволяє одночасно зменшити площу кристала, а значить і тепловиділення, а більш тонкий затвор дозволяє подавати меншу напругу для перемикання, що також знижує енергоспоживання і тепловиділення.
1. Технології виробництва мікропроцесорів
Зараз на ринку спостерігається цікава тенденція: з одного боку компанії-виробники намагаються якнайшвидше впровадити нові техпроцеси і технології в свої новинки, з іншого ж, спостерігається штучне стримування зростання частот процесорів. По-перше, позначається відчуття маркетологами неповної готовності ринку до чергової зміни сімейств процесорів, а фірми ще не отримали достатньо прибутку з обсягу продажів виробляються зараз CPU - запас ще не вичерпався. Досить помітно превалювання значущості ціни готового виробу над усіма іншими інтересами компаній. По-друге, значне зниження темпів "гонки частот" пов'язано розумінням необхідності впровадження нових технологій, які реально збільшують продуктивність при мінімальному обсязі технологічних витрат. Як вже було відмічено, виробники зіткнулися з проблемами при переході на нові техпроцеси.
Технологічна норма 90 нм виявилася досить серйозним технологічним бар'єром для багатьох виробників чіпів. Це підтверджує і компанія TSMC, яка займається виробництвом чипів для багатьох гігантів ринку, таких як компанії AMD, nVidia, ATI, VIA. Довгий час їй не вдавалося налагодити виробництво чіпів за технологією 0,09 мкм, що призвело до низького виходу придатних кристалів. Це одна з причин, по якій AMD довгий час переносила випуск своїх процесорів з технологією SOI (Silicon-on-Insulator). Пов'язано це з тим, що саме на цій розмірності елементів стали сильно проявлятися всілякі раніше не настільки сильно відчутні негативні фактори як струми витоку, великий розкид параметрів і експоненційний підвищення тепловиділення. Розберемося по порядку.
Як відомо, існує два струму витоку: струм витоку затвора і підпорогових витік. Перша викликана мимовільним переміщенням електронів між кремнієвим субстратом каналу і полікремневим затвором. Друга - Мимовільним переміщенням електронів з витоку транзистора в стік. Обидва ці ефекту призводять до того, що доводиться піднімати напруга живлення для управління струмами в транзисторі, що негативно позначається на тепловиділенні. Так ось, зменшуючи розміри транзистора, ми, перш за все, зменшуємо його затвор і шар діоксиду кремнію (SiO2), який є природним бар'єром між затвором і каналом. З одного боку це покращує швидкісні показники транзистора (Час перемикання), але з іншого - збільшує витік. Тобто, виходить своєрідний замкнутий цикл. Так от перехід на 90 нм - це чергове зменшення товщини шару діоксиду, і одночасно збільшення витоків. Боротьба з витоками - це знову ж, збільшення керуючих напруг, і, відповідно, значне підвищення тепловиділення. Все це призвело до затримки впровадження нового техпроцесу з боку конкурентів ринку мікропроцесорів - Intel і AMD.
Один з альтернативних виходів - це застосування технології SOI (кремній на ізоляторі), яке нещодавно впровадила компанія AMD в своїх
64-розрядних процесорах. Втім, це коштувало їй чимало зусиль і подолання великої кількості попутних труднощів. Зате сама технологія надає величезну кількість переваг при порівняно малому кількості недоліків. Суть технології, в общем-то, цілком логічна - транзистор відділяється від кремінної підкладки ще одним тонким шаром ізолятора. Плюсів - маса. Ніякого неконтрольованого руху електронів під каналом транзистора, позначається на його електричних характеристиках - раз. Після подачі відпираю струму на затвор, час іонізації каналу до робочого стану, до моменту, поки по ньому піде робочий струм, скорочується, тобто, поліпшується другий ключовий параметр продуктивності транзистора, час його включення/вимикання - це два. Або ж, при тій же швидкості, можна просто знизити отпирающий струм - три. Або знайти якийсь компроміс між збільшенням швидкості роботи і зменшенням напруги. При збереженні того ж відпираю струму, збільшення продуктивності транзистора може скласти до 30%, якщо залишити частоту тієї ж, роблячи упор на енергозбереження, то там плюс може бути і більшим - до 50%. Нарешті, характеристики каналу стають більш передбачуваними, а сам транзистор стає більш стійким до спорадичним помилок, на зразок тих, що викликають космічні частинки, потрапляючи в субстрат каналу, і непередбачено іонізіруя його. Тепер, потрапляючи в підкладку, розташовану під шаром ізолятора, вони ніяк не позначаються на роботі транзистора. Єдиним мінусом SOI є те, що доводиться зменшувати глибину області емітер/колектор, що прямо і безпосередньо позначається...
