Computerra като произведени микропроцесори

Вие не трябва да бъде в сърцето на полупроводниковата индустрия - фабрика за производство на чипс?

Вие не трябва да бъде в сърцето на полупроводниковата индустрия - фабрика за производство на чипс? Всяка такава структура - създаване, способен да впечатли никого, дори на непосветените в производствените процеси на човека.

Посетихме има усещането, сякаш прави фантастично пътешествие в един футуристичен робот или мравуняк в самия чип. Там, в стерилна стая с размерите на три футболни игрища, бягам роботи и десетки професионалисти, облечени в костюми и шлемове. А с висока точност машини за производство на чипове "плувка" на специални платформи, осветени жълто-оранжево ...

Етапи производствени кристали фотолитографски чипове, и

Интегрални схеми, направени върху повърхността на монокристален силиций (силиций (Si) се използва, тъй като е най-подходящ за тази цел полупроводници от своя страна, полупроводници -. Този клас материали, чиято електрическа проводимост е по средата между проводимата проводник (предимно метал) и . изолатор (диелектричен) Силиконовата може да служи както като изолатор и като проводник - в зависимост от размера и вида на примеси в него други химически елементи. И тази функция се използва широко в чип производство. Въпреки това, в редки случаи, вместо силиций се използва, както и други материали. По-специално, Intel в състояние да прилага в производството на биполярни транзистори с heterojunctions (HBT) на силиций, германий 90 нанометра (SiGe)) чрез последователно създаване на различни слоеве на тънък (по-малко от милиметър) кръгла (диаметър 30 ​​cm) силициева пластина, посочена като субстрат [тънки плочи се изрязват от тежки дълги цилиндрични блокове от монокристален силиций, който се отглежда ОЗНАЧАВА специален процес с висока прецизност. След това плаките се полират с огледално покритие от механични и химични методи. "Работа" повърхност (т.е. това, на което допълнително създава чип) на плочата трябва да е гладка и перфектно на атомно ниво, и да има много точна кристалографски ориентация (като различните аспекти на диамант, когато нарязани, но по-напреднали)]. Слоевете се образуват с помощта на различни методи, използващи химически реагенти, газове и светлина. Производство на съвременни микропроцесори е сложен процес, състояща се от триста стъпки - повече от двадесет слоя "сложен" свързани, за да образуват микропроцесорна схема с триизмерна структура. Точният брой на слоеве върху субстрата (пластини) зависи от проекта на проектиране на конкретен процесор. Стотици идентични микропроцесори са създадени на една силициева подложка и се нарязва на отделни правоъгълни кристали в крайната фаза - чипове.

Образуването на различни слоеве и чипове графика елемент на субстрата достатъчно хитър (всъщност е цяло областта на науката), но те се основават на една проста идея: от характерните величини генерирани модел са толкова малки (например, клетъчна процесор кеш 90 нм ядро ​​Prescott сто пъти по-малки от червените кръвни клетки (еритроцити), както и един от неговите транзистор - размера на грипния вирус), които обсаждат тези или други материали на правилните места е невъзможно, просто въведете - материал се депозират директно върху цялата повърхност субстрата, а след това той нежно отстранява от местата, където това не е необходимо. За тази цел процеса на фотолитография.

Какво е "чиста стая" и защо те се използват в полупроводникови фабрики?

Кристалите на чипове трябва да се извършва при контролирани условия и много чист въздух. Тъй като функционални елементи (транзистори, проводници) на микрочипове са много малки, чужди частици (прах, дим или кожни люспи), подредени на плоча с бъдещите чипове в междинните етапи на производството, е в състояние да деактивира кристал. "Чиста стая" са класифицирани по размер и броят на микрочастици присъстват в единица обем (кубичен фут на приблизително равна на една тридесета част кубичен метър) на въздух. Например, клас 1 стаи, използвани в текущото производство, на около хиляда пъти по-чисти от хирургическа работа. "Чиста стая" контролира въздушния чистотата чрез филтриране на входящия въздух, отстраняване на замърсявания от растения ламинарен движение на въздуха от тавана на пода (около шест секунди), контролът на влажност и температура. Хората в "чисти стаи" отиват в специални костюми, които обхващат, наред с другото, целия скалп (а в някои случаи - дори и със своя собствена система за дишане). За да се елиминира вибрациите чисти стаи са разположени на собствен вибрации доказателство мазе.

Фотолитография е непоклатима основа на производителя на чипове, а в близко бъдеще е малко вероятно да се намери достоен заместник. Така че има смисъл да го разгледа по-подробно. Например, ние трябва да се създаде модел в слой от материал - силициев диоксид или метален (това е най-често в съвременните производствени операции). Първо, върху субстрата или по друг начин създава тънък (обикновено по-тънък от един микрон) и непрекъснато, без дефекти, слой от желания материал. По-нататък те се държат фотолитография. За тази цел първо на вафлата повърхност тънък слой от фоточувствителен материал нарича фоторезист (фоторезист се прилага от течната фаза, се разпределя равномерно върху повърхността на плочата чрез ротация в центрофугата и се суши до втвърдяване). След това, с плочата фоторезист се поставя в точно единица където желаните части от повърхността се облъчва с ултравиолетова светлина през прозрачните отворите в photomask (също посочена като photomasks). Маската съдържа съответния (прилага към повърхността на вафла) дизайн, който е разработен за всеки слой в дизайна на чипа. Под действието на UV облъчен области на фоторезист променят свойствата си, така че е възможно да ги избирателно отнемане на някои химически реагенти (Налице е отрицателен и положителен фоторезист. Един при облъчване "расте по-силен", така се отстранят своите неизлагана райони, а другата, обратно, губи своята химическа устойчивост, обаче неговите облъчени части са премахнати. Съответно се прави разлика положителни и отрицателни фотолитография). След отстраняване на фоторезист остават отворени само тези области на повърхността на пластина, върху която се изисква да извърши желаната операция - например, за отстраняване на слой от диелектричен материал или метал. Те успешно заличава (тази процедура се нарича ецване - химически или плазмен химически), и след това подложки остатъци могат да бъдат напълно отстранени от повърхността на плочата, образуван чрез излагане слой от желания шаблон материал е завършена за по-нататъшно deystviy.Fotolitografiya.

При производството на съвременни микропроцесори трябва да извършва операции фотолитографските до 20-25 пъти - всеки път, на нов слой. Като цяло, това отнема няколко седмици! В някои случаи, този слой от изолационен материал служи като врата диелектрик или пасивиращ транзистори (изолационни) слой между транзистори и проводници. В друг - е образуването на проводими полисилициеви транзистор порти и транзистори свързващи метални проводници (За да се опрости някои операции понякога съчетават - например, така наречените капаци самостоятелно подравняване направени на базата на една и съща едновременно фотолитография шарката на тънък порта диелектрик и полисилициеви порта). Трето - на образуване на селективно легирани региони (главно - източник и изтичане транзистори), и допинг части от повърхността монокристален силиций вафли йонизирани атоми на различни химични елементи (за създаване на силициеви полупроводникови региони на п- или р-тип) не произвежда чрез прозореца фоторезист (е твърде нестабилен за тази цел), и чрез изготвяне на достатъчно дебел слой депозиран диелектрик (например, силициев оксид на същото). Тогава диелектрик се отстранява заедно с фоторезист.

Понякога се използва и интересна техника като експлозивен фотолитография. Това е първото шарка (гравирани прозорци в фоточувствителен слой, диелектрик или временно), след това се прилага към повърхността на вафла непрекъснат слой на нов материал (например, метал), и накрая, плаката се поставя в реагент, който отстранява подложки остатъци или временен изолатор. В резултат на жертвения слой като "експлодира" отвътре, носейки със себе си части, лежащи в последния наслоения метал и предварително "отворени" области (прозорци), метал остава и се образува желания ни функционален модел (проводник или врата). И това е само върхът на айсберга, наречен микроелектронни технологии, която се основава на принципа на фотолитография.

По този начин, на повърхността на силициевата пластина създава сложна триизмерна структура на дебелина няколко микрона, което всъщност е електронна схема. Най верига е покрита с дебела (микрона) слой от диелектричен Passivating, предпазва фината структура от външни влияния. Той само се отваря прозорец за голяма група от порядъка на десетки микрона квадратен метални подложки, чрез които се доставят на веригата външно предоставят напрежения и електрически сигнали. Долната механично поддържа чипа е силиконова подложка с дебелина стотици микрона. Теоретично, такава схема може да се направи много тънки (10-30 микрона) и, ако е необходимо, дори "в разпадането на тръба" без загуба на функция. И тази работа вече е в ход за известно време в някои области, докато традиционните кристални схеми (чипове) остават "негъвкави".

Повечето производители на чипове оборудване и процеси, използвани в лаборатории за научноизследователска и развойна дейност, различни от тези, използвани в заводите за производство на готова продукция. И когато се прехвърля производство от прототип на маса често има сериозни забавяния, дължащи се на факта, че новото оборудване изисква значително се усъвършенства и да се адаптират процесите за постигане на висока степен на доходност на продуктите по-рано, произведени в лаборатории. Това не само ще забави масово производство, но и води до промени в PV стотици и дори крайни продукти. Същото важи и ако процесът рационализирана в една фабрика, транспортирани до друга с новото оборудване.

полупроводникови фабрика

Кой в индустрията за производство на чипове към своя край един от тези революции, че след десет години, променя облика на индустрията. Производителите се движат от вафли с диаметър от 200 mm до 300 субстрати мм диаметър (виж снимката в дясно.), В резултат на което е възможно да се намалят значително разходите за производство на чипове, а заедно с него - всички електронни полупроводникови продукти. Фактът, че подложката 300 мм в диаметър осигурява 225 процентно увеличение в областта на силициевата пластина и увеличение 240% добив на полезни чипове с всеки субстрат. В допълнение, значително подобрени екологични характеристики и производство, което изисква по-нисък разход на химикали и енергия на базата на всеки процесор, генерира по-малко отпадъци. Чрез Intel данни, в сравнение с растението, работещ при 200-милиметрови вафли, новият мелница ролки 48% по-малко летливи органични вещества, консумира 42% по-малко от ултрачиста вода, и около 40% по-малко енергия. 50% намаляване на разходите за труд.

Защо фабриката за производство на чипове толкова скъпо (до 5 млрд. Долара)? Полупроводникови фабрики извършват най-сложните задачи на всички фабрики в света. Те използват само специализирани материали, болтове, компоненти, оборудване и така нататък. В допълнение, фабрики на Intel, например, почти два пъти повече от средния размер на тези растения в света. Самата сграда е на стойност около 25% от общата стойност на завода и дори десет години след построяването на строителството е подходящ за решаването на повечето съвременни проблеми. Оборудване (настройки за фотолитография, отлагане на пари, йонно имплантиране) и машини на пода са останалите 75%.

Допълнителни измервания са направени с цел да се гарантира, че съпротивата на вибрациите на фундамента и инсталации. Дори ако фабриката - очевидно една сграда, в действителност това е от няколко сгради, разделени с най-голям (10 см), интервалите и всяка сграда има своя собствена фондация. Това помага да се гасят различни вибрации - както от външни източници (превозни средства, влакове), както и собствената си вибрация оборудване.

Интересни факти за първата Intel Fab 11х 300 mm фабриката

Автоматизираната система на Fab 11x субстрати фабрика обработка включва повече от 5 km монорелсовото и 165 колички за доставка към контейнера за субстрат за обработка на растителни центрове.

Компютърната система служи Fab 11х има триста сървъри, петстотин клиентски компютри 25,000 гигабайта дисково пространство, повече от 40 км на фибри и повече от 900 км от мед кабелна мрежа.

Fab 11 далеч надхвърля мащабите на цялото предварително съществуващи в света на производството на полупроводници. Общата площ на "чисти" на територията на завода е 27 хиляди квадратни метра. С откриването на Fab 11x, тази цифра ще се увеличи с около 18 хиляди квадратни метра.

По време на пика на строителството в строителната F11X присъстваха 3000 души, изпълнени с общо 5.3 млн. Часа. Нивото на травма се оказа рекордно ниско ниво - четири пъти по-ниско от средното за строителната индустрия на САЩ.

За да се премине при средна скорост на всички "чиста" стая Fab 11 и Fab 11x, ще отнеме най-малко десет минути.

Разходите за работното време в човекочасове за всеки ден на строителство F11X са по-високи времето, прекарано на строителството на две къщи.

F11X строителството отне около 50 хиляди кубически метра (около 6700 машини) бетон. Поради размера на бетон може да покрива слой десет футболно игрище.

До 1300 растението е подредена подземни кесони 15-25 метра дълбочина всеки. Подземната част на сградата е повече от бетон надземен.