როგორ მზადდება ინტელის პროცესორები

მასალა გადმოტანილია -დან მცირე ორთოგრაფიული შესწორებებით


ყველას გაინტერესებთ ალბათ თუ როგორ მზადდება თქვენს კომპიუტერებში არსებული პროცესორები და მათი კრისტალები რომლებშიც ასობით მილიონი ტრანზისტორია ერთმანეთთან დაკავშირებული. ეს სტატია გადმოთარგმნილია Intel-ის საიტიდან და აღწერს პროცესორის წარმოების უმთავრეს ფაზებს, კონკრეტულად კი Nehalem არქიტექტურის წარმოებას...




ქვიშა... სილიკონის 25%-იანი შემადგენლობით, არის დედამიწაზე ჟანგბადის შემდეგ ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. ქვიშა, განსაკუთრებით კი კვარცი, შეიცავს დიდი რაოდენობით სილიკონს სილიკონის დიოქსიდის სახით. სილიკონის დიოქსიდი კი ნახევრადგამტარების საწარმოებელი საბაზო ინგრედიენტია.










ქვიშის მოპოვების შემდეგ, ხდება სილიკონის გაწმენდა სხვადასხვა ნივთიერებებისგან. გაწმენდა მიმდინარეობს რამოდენიმე ეტაპად, მანამ სანამ არ მიიღწევა საკმარისი ხარისხის სილიკონი ნახევრადგამტარების საწარმოებლად - მას ეძახიან ნახევრადგამტარ სისუფთავის სილიკონს. ასეთად დამუშავებული სილიკონის მილიარდ სილიკონის ატომებზე მოდის მხოლოდ ერთი უცხო ატომი. გაწმენდის ფაზის შემდეგ იწყება გადნობის ფაზა, გამდნარი სილიკონისგან მიღებულ მასას ეძახიან მონო კრისტალურ ზოდს



მონო კრისტალური ზოდის დიამეტრი არის 300mm რაც დაახლოებით 12 ინჩია, მისი სიმძიმე კი 100კგ-ა (=220 პაუნდი) იგი 99.9999%-ით სილიკონისგან შედგება. (იქნებ რომელიმე თქვენთაგანმა შეძლოს ამ ერთეულების მეტრულ ერტეულებად გადაყვანა)



მიღებული სილიკონის ზოდი (300მმ /12 ინჩი) იჭერება სპეციალური ხერხით ფენებად, რომლებსაც ვაფლები ეწოდებათ (wafers).




დაჭრის შემდეგ ვაფლები პრიალდება მანამ, სანამ მათ არ ექნებათ სარკისებრი ზედაპირი. ინტელი ყიდულობს გამზადებულ ვაფლებს სხვა კომპანიისგან. 45nm High-K/Metal ტექნოლოგიის გამო ინტელი იყენებს 300მმ დიამტერის ვაფლებს. როდესაც ინტელმა დაიწყო ჩიპების წარმოება, იგი იყენებდა 50mm ვაფლებს. 300მმ ვაფლები კი იძლევა წარმოების თანხის დაზოგვის საშუალებას (შესაძლებელია იყოს უზუსტობა - დ.მ.)





ზედა სურათზე ნაჩვენებია რომ ლურჯი სითხე ესმევა ვაფლს, რომელიც ტრიალებს ამ პროცესის დროს რათა სითხე თანაბრად განაწილდეს ზედაპირზე და ამავდროულად იყოს ძალიან თხელი და ძალიან პრიალა. ეს სითხე ქმნის ფოტორეზისტულ შრეს. ეს თითქმის იგივენაირია რაც გამოიყენება ფოტოფირებში.





ამის შემდეგ ვაფლს ფოტორეზისტულ შრესთან ერთად ასხივებენ ულტრაიისფერ შუქს. ქიმიური რეაქცია, რომელიც ხდება შრეზე ულტრაიისფერი შუქის ზემოქმედებით, ძალიან ჰგაქვს ფოტოფირზე მომხდარი რეაქციისას, რომელიც ხდება კამერაზე ღილაკის დაჭერის შემდეგ. ფოტორეზისტული მასალის ის ადგილები, რომლებზეც მოხვდება ულტრაიისფერი შუქი გამოსხივების შემდეგ იხსნება. ვაფლის ადგილების დასხივება ხდება სპეციალური შაბლონის საშუალებით. ულტრაიისფერი გამოსხივებით შაბლონები ქმნიან ჩიპის სხვადასხვა სტრუქტურულ ელემენტებს. პროცესორის შექმნის დროს ეს ეტაპი მეორდება რამოდენიმეჯერ შრეების ერთმანეთზე დადებისას. ლინზა, რომელიც შაბლონისა და ვაფლის შუაშია განთავსებული, ახდენს ულტრაიისფერი გამოსხივების ერთ ადგილზე ფოკუსირებას, რის შემდეგაც შრეზე გამოსახული ანაბეჭდი შაბლონზე 4-ჯერ პატარაა.





თითო ასეთი ვაფლიდან ათასი პროცესორი შეიძლება გაკეთდეს, ხოლო მაღლითა სურათზე გამოსახულია ერთი ტრანზისტორი (წარმოიდგინეთ რა პატარაა). ტრანზისტორი მუშაობს როგორც გადამრთველი, რომელიც მართავს ელექტრონულ მუხტის ნაკადს პროცესორში. ინტელის ინჟინრებმა შემქნეს ისეთი პატარა ტრანზისტორები, რომ ნემსის წვერზე შეიძლება დაეტიოს 30 მილიონი ტრანზისტორი!.






ულტრაიისფერი დასხივების შემდეგ ლურჯი შრის ის ნაწილები, რომლებზეც სხივი დაეცა მთლიანად იხსნება სპეციალური სითხის მეშვეობით. ბოლოში კი რჩება მასკით დაფარული შრის ადგილები და აქედან იწყება ტრანზისტორების, მათი მაკავშირებლების და პროცესორის სხვა ელექტრული ჯაჭვების კეთება.






ფოტორეზისტული შრე იცავს ვაფლის იმ ადგილებს, რომლებსაც არ უნდა მოხვდეთ ქიმიკატები, ხოლო დარჩენილ ადგილებს ხვდებათ ქიმიკატები, რის შედეგადაც დაუფარავი ვაფლის ნაწილი ირეცხება.




ქიმიკატებით გრავირების შემდგომ ეტაპზე ხდება ლურჯი ფოტორეზისტული შრის მოშორება. რის შემდეგადაც რჩება საჭირო ფორმა





ამის შემდეგ ახლიდან ედება ფოტორეზისტული ლურჯი ფენა ვაფლს, და ახლიდან ხდება მასკის მეშვეობით ულტრაიისფერი დასხივება. შემდეგ ფოტორეზისტული შრე კიდევ ირეცხება და იწყება ახალი ეტაპი - იონის იმპლანტაცია. ამ ეტაპზე ვაფლის ზოგიერთი ადგილი ივსებს იონებით რის შედეგადაც სილიკონი იცვლის თავის ფიზიკურ თვისებებს და აძლევს პროცესორს საშუალებას მართოს ელექტრული მუხტის ნაკადები.





იონების ჩაშენების დროს, სილიკონის ვაფლის ღია ადგილები იბომბებიან იონებით. იონები იჭრებიან სილიკონში და მაშინ ხდება სილიკონის გამტარობის შეცვლა. იონები ვაფლს ხვდებიან ძალიან დიდი სიჩქარით, ელექტრული ველი იონებს ასწრაფებს 300 000 კმ/ს-მდე!





იონების იმპლანტაციის შემდეგ ფოტორეზისტული შრე ცილდება და მატერიალი რომელზეც მოხდა იონის ინპლანტაცია (მწვანე), აქვს უცხო ატომები.




ტრანზისტორი უფრო და უფრო უახლოვდება დასრულებულ სახეს, ტრანზისტორზე წასმულ ინსულაციის შრეზე (იისფერი) კეთდება სამი ნახვრეტი, რომლებში გატარდება სპილეძი, რითაც ტრანზისტორები დაუკავშირდებიან ერთმანეთს.




ამ ეტაპზე ვაფლებს უშვებენ სპილენძის სულფატში. სპილენძის იონები ჯდებიან ტრანზისტორზე პროცესით რომელსაც Electroplating ქვია. სპილენძის იონები გადიან დადებითი ელექტროდიდან (ანოდი) ნეგატიური ელექტროდსიკენ (კათოდი) რომელიც არის ჩვენი ვაფლი



სპილენძი იონები ედებიან ვაფლის ზედაპირს თხელი შრის სახით.




ამის შემდეგ ხდება გაპრიალება და ზედმეტი სპილენძი შორდება ზედაპირს





მეტალის წასმა ხდება რამოდენიმე ეტაპად, რაც საშუალებას იძლევა სხვადასხვა ტრანზისტორის დაკავშირებისა (შეიძლება შევადაროთ მავთულების შეერთებას). ასეთი შეერთებების გადანაწილებით ხდება პროცესორის არქიტექტურის შექმნა, ეს უკვე შემქმნელების ჯგუფზეა დამოკიდებული, გააჩნია რომელი ჯგუფი რომელ პროცესორს აკეთებს (მაგალითად Intel Core i7). იმის მიუხედავად რომ პროცესორი ძალიან თხელი ჩანს, იგი შეიძლება შედგებოდეს 20-ზე მეტი შრისგან. თუ თქვენ კარგად დააკვირდებით ჩიპის გადიდებულ სურათს, აღმოაჩენთ ძალიან რთულ შეერთებების და ტრანზისტორების სისტემას, რაც ძალიან გავს ფუტურისტულ მრავალდონიანი ტრასის სისტემას.





სურათზე გამზადებული ვაფლის ნაწილი გადის ფუნქციონალობის პირველ ტესტს. ამ ეტაპზე სატესტო სინჯებს აკეთებენ ყველა ჩიპზე რის შედეგადაც ფასდება ჩიპის სიგნალები და ხდება ამ სიგნალების შედარება ეტალონურ სიგნალებთან





მას შემდეგ რაც გაირკვევა, რომ ვაფლი შედგება საკმარისი მუშა ჩიპებისგან, იგი იჭრება ნაწილებად (კრისტალებად).





კრისტალები, რომლებმაც გაიარეს ტესტები, გადავლენ შეფუთვის შემდეგ ეტაპზე, უვარგისი კრისტალები წუნდებულ კრისტალებს უერთდება. რამოდენიმე წლის წინ ინტელმა გამოუშვა ბრელოკები გაფუჭებული კრისტალებით.






ილუსტრაციაზე ნაჩვენებია ცალკეული კრისტალი, რომელიც იქნა ამოჭრილი ვაფლიდან. თუ უფრო დავკონკრეტდებით, თქვენ წინაშეა Core i7-ს კრისტალი.





პროცესორის PCB, კრისტალი და სითბოს გადამანაწილებელს აერთებენ პროცესორის დასრულებული სახის მისაღებად. მწვანე PCB უზრუნველყოფს მექანიკურ და ელექტრონულ ინტერფეისს პროცესორისთვის. ხოლო სითბოს გადამანაწილებელი მეტალი, პროცესორის ქულერთან ერთად აგრილებს კრისტალს.





მიკროპროცესორს შეიძლება დავარქვათ დედამიწაზე ყველაზე რთული საწარმოო პროდუქტი. ფაქტიურად წარმოება ხდება რამოდენიმე ასეული ნაბიჯით, მაგრამ ამ სტატიაში მხოლოდ რამოდენიმე მნიშვნელოვანი ნაბიჯია აღწერილი.





ფინალური ტესტის დროს, პროცესორები მოწმდებიან მთავარ მახასიათებლებზე მათ შორისაა სითბოგამტარობა და მაქსიმალური სიხშირე.





ტესტების შემდეგ პროცესორები ნაწილდებიან სხვადასხვა დაფებზე, ინგლისურად ამ ეტაპს binning ეწოდება. ამ ეტაპზე ირკვევა პროცესორის სტოკ სიხშირე და ხდება მათი მარკირება რის შემდეგაც პროცესორები იყიდებიან სხვადასხვა სპეციფიკაცებით.





გამზადებული და გატესტილი პროცესორები იყიდებიან ან ყუთებით სისტემების ამწყობთათვის ანდა მაღაზიებისთვის OEM შეფუთვით.