Od piasku do sztaby

Piasek

Piasek zawiera znaczną ilość krzemu — pierwiastka,
od którego rozpoczyna się produkcja układów
komputerowych. Krzem jest półprzewodnikiem,
co oznacza, że można zmienić go w doskonały
przewodnik lub izolator elektryczności poprzez
dodanie nieznacznej ilości domieszek.

Stopiony krzem

Krzem oczyszcza się tak dokładnie, aż będzie
zawierał mniej niż jeden obcy atom na milion.
Topi się go, a następnie schładza, aby uformować
cylinder o krystalicznej strukturze, nazywany sztabą.

Monokrystaliczna sztaba krzemowa

Sztaba ma średnicę 300 milimetrów (mm) i waży
około 100 kilogramów.

Od sztaby do wafla

Cięcie sztab

Sztabę tnie się na pojedyncze dyski krzemowe
nazywane waflami. Każdy wafel ma około 1 mm
grubości.

Polerowanie wafli

Wafle poleruje się w celu uzyskania nieskazitelnej,
lustrzanej powierzchni. Intel kupuje wafle gotowe
do produkcji.

Fotolitografia

Nakładanie fotorezystu

Fotolitografia to proces, który powoduje wytworzenie
określonego wzoru na waflu. Zaczyna się on od nałożenia
na powierzchnię wafla czułego na światło, odpornego na
trawienie materiału nazywanego fotorezystem.

Naświetlanie fotorezystu

Fotorezyst utwardza się, a następnie jego części są
wystawianie na światło ultrafioletowe, przez co stają
się rozpuszczalne. Światło przechodzi przez maskę
(podobną do szablonu), a następnie przez soczewkę
w celu zmniejszenia i „wydrukowania” wzoru obwodów
na każdej warstwie każdego układu na waflu.

Wywoływanie fotorezystu

Chemiczny proces usuwa rozpuszczalne części
fotorezystu, pozostawiając wzór określony przez
maskę.

Pakowanie płytek

Pojedyncza płytka

Pokazana tu płytka krzemowa to procesor Intel®
Core™ trzeciej generacji, pierwszy 22-nanometrowy
mikroprocesor Intela wykorzystujący tranzystory 3D.

Pakowanie

Podłoże, płytka krzemowa i rozpraszacz ciepła wspólnie
tworzą gotowy procesor. Zielone podłoże zapewnia
połączenia elektroniczne i mechaniczne, dzięki którym
procesor może współdziałać z systemem. Srebrny
rozpraszacz ciepła to interfejs termiczny, który pomaga
w usuwaniu nadmiaru ciepła.

Gotowy procesor

Gotowy układ, taki jak procesor Intel Core trzeciej
generacji, jest jednym z najbardziej skomplikowanych
produktów, jakie wytwarza się na świecie.

Testowanie jakości
i gotowy procesor

Testowanie procesorów

Procesory przechodzą ostateczne testy
funkcjonalności, wydajności i zasilania.

Sortowanie

Na podstawie wyników ostatecznego testu procesory
o takich samych możliwościach grupuje się na tackach
transportowych.

Pakowanie detaliczne

Procesory Intela, takie jak pokazany tutaj procesor
Intel Core trzeciej generacji, wysyła się do producentów
systemów w opakowaniach zbiorczych albo pakuje
w pudełka do sprzedaży w sklepach detalicznych.

Sortowanie i dzielenie wafli

Sortowanie

Po zakończeniu obróbki każdy układ na waflu poddaje się
testom funkcjonalnym.

Cięcie wafli

Wafle tnie się na kawałki nazywane płytkami
krzemowymi (ang. die).

Przejście do pakowania

Na podstawie wyników testu wybiera się płytki do
procesu pakowania.

Osadzanie metalu

Przygotowanie do podłączenia tranzystora

W warstwie izolacyjnej nad tranzystorem wytrawia
się trzy otwory (kolor czerwony na rysunku). Otwory
wypełnia się miedzią lub innym materiałem, który
tworzy metalowe połączenia z innymi tranzystorami.

Powlekanie elektrolityczne

Wafle umieszcza się w roztworze siarczanu
miedzi. Jony miedzi osadza się na tranzystorze
z wykorzystaniem procesu nazywanego
powlekaniem elektrolitycznym

Po powlekaniu

Jony miedzi tworzą cienką warstwę na powierzchni
tranzystora.

Tworzenie metalowej bramki
z izolatorem o wysokiej stałej
dielektrycznej

Usuwanie tymczasowej bramki

Tymczasowa elektroda i dielektryk bramki są wytrawiane
w przygotowaniu na ukształtowanie ostatecznej bramki.
Na powierzchnię wafla nakłada się wiele warstw materiału
o wysokiej stałej dielektrycznej (kolor żółty na rysunku)
z wykorzystaniem metody nazywanej osadzaniem warstw
atomowych. Materiał ten wytrawia się w niektórych
obszarach, na przykład w warstwie dwutlenku krzemu.

Formowanie metalowej bramki

Na powierzchni wafla tworzy się metalową warstwę
elektrody bramki (kolor niebieski na rysunku), a następnie
usuwa ją z obszarów innych niż elektroda bramki.
Połączenie metalowej bramki z materiałem o wysokiej stałej
dielektrycznej zwiększa wydajność i ogranicza upływ prądu.

Warstwy metalowe

Polerowanie

Nadmiar materiału usuwa się przez polerowanie,
które pozostawia określony wzór elementów
miedzianych.

Łączenie z warstwami metalowymi

Podobnie jak wielopoziomowa autostrada, warstwy
metalu łączą tranzystory w układzie (zob. rysunek
w środku i po prawej stronie). Konstrukcja układu
określa sposób wykonania połączeń. Choć układy
wyglądają na płaskie, mogą zawierać ponad
30 warstw skomplikowanych obwodów.

Trawienie

Trawienie

Aby utworzyć grzbiet tranzystora typu tri-gate,
Intel nakłada twardy materiał maskujący (kolor
niebieski na rysunku) z wykorzystaniem fotolitografii.
Następnie stosuje się środek chemiczny, aby
wytrawić niepożądany krzem, pozostawiając grzbiet
z warstwą twardej maski na górze.

Usuwanie twardej maski

Twardą maskę usuwa się chemicznie. Na powierzchni
pozostaje wysoki, cienki grzbiet, który będzie
kanałem tranzystora.

Tworzenie tymczasowej bramki

Tworzenie dielektryku bramki

Na części tranzystora nakłada się fotorezyst, po czym
wytwarza się cienką warstwę dwutlenku krzemu
(kolor czerwony na rysunku) poprzez wstawienie wafla
do pieca wypełnionego tlenem. Warstwa ta staje się
tymczasowym dielektrykiem bramki.

Tworzenie elektrody bramki

Za pomocą fotolitografii tworzy się tymczasową
warstwę polikrystalicznego krzemu (kolor żółty na
rysunku). Staje się ona tymczasową elektrodą bramki.

Izolowanie tranzystora

W kolejnej fazie utleniania tworzy się warstwę
dwutlenku krzemu na całej powierzchni wafla
(przezroczysty kolor czerwony na rysunku) w celu
odizolowania tranzystora od innych elementów.

Domieszkowanie

Domieszkowanie

Jony (atomy naładowane dodatnio lub ujemnie)
osadza się pod powierzchnią wafla w regionach,
które nie są pokryte fotorezystem. Zmienia to
charakterystykę przewodnictwa krzemu
w wybranych lokalizacjach.

Usuwanie fotorezystu

Po domieszkowaniu usuwa się fotorezyst. Niektóre
obszary zawierają teraz obce atomy (kolor zielony
na rysunku).

Tranzystor

Choć zwykle na jednym waflu buduje się setki
układów, następne etapy produkcji skupiają się
na drobnej części układu — na tranzystorze.

Copyright © 2012 Intel Corporation. Wszystkie prawa zastrzeżone. Intel, logo Intel i Intel Core to znaki towarowe Intel Corporation w Stanach Zjednoczonych i (lub) innych krajach. *Inne nazwy i marki mogą być własnością odpowiednich podmiotów. 0312/TM/LAI/HH/5K 319610-004US

Układy scalone to trójwymiarowe struktury produkowane jednocześnie w wielu egzemplarzach
na waflach krzemowych w ośrodkach produkcyjnych (określanych mianem „fab”). Wytwarzanie
chipów to skomplikowany proces wymagający setek precyzyjnie kontrolowanych etapów, w wyniku
których powstaje wiele warstw różnych materiałów ułożonych wg wzoru jedna na drugiej. Warstwy
te tworzą obwody, które składają się z elektrycznych ścieżek oraz tranzystorów (przełączników).

Według prawa Moore’a, liczba tranzystorów w układzie mniej więcej podwaja się co kilka lat.
To sprawia, że tranzystory stają się coraz mniejsze. W miarę, jak rośnie ich liczba, do układów
można dodawać coraz więcej funkcji. Od dekad Intel pozostaje liderem w dziedzinie technologii
i produkcji tranzystorów, a dzięki ich coraz mniejszym rozmiarom i bardziej zaawansowanej
strukturze prawo Moore’a staje się rzeczywistością, zwiększając możliwości używanych na co
dzień urządzeń. Oto kilka kluczowych etapów procesu wytwarzania 22-nanometrowych
procesorów Intel® Core™ trzeciej genracji.

Jak Intel produkuje

procesory?

22-nanometrowy
procesor Intel® Core™
trzeciej generacji.