Computerra ca microprocesoare produse

Nu trebuie să fie în inima industriei semiconductorilor - o fabrică pentru producția de chips-uri?

Nu trebuie să fie în inima industriei semiconductorilor - o fabrică pentru producția de chips-uri? Fiecare astfel de structură - creație, capabilă să impresioneze pe oricine, chiar și neinițiați în procesele de producție ale omului.

Am vizitat acolo sentimentul, ca și în cazul în care face o călătorie fantastică într-un robot futurist sau un furnicar în chip în sine. Acolo, într-o cameră sterilă de mărimea a trei terenuri de fotbal, debandadă roboți și zeci de profesioniști, îmbrăcați în costume și căști de protecție. O mașini de înaltă precizie pentru producția de cipuri „plutească“ pe platforme speciale, galben-portocaliu aprins ...

Etape cipuri de cristale de producție fotolitografie și

Circuite integrate realizate pe suprafața de siliciu monocristalin (siliciu (Si) este folosit, deoarece este cel mai potrivit pentru acest scop semiconductor La rândul său, semiconductori -. Această clasă de materiale a căror conductivitate electrică este în mijloc între firul conductor (în principal, metal) și . izolator (dielectric) Silicon poate servi atât ca un izolator și un conductor - în funcție de cantitatea și tipul de impurități prezente în ea alt punct de vedere chimic elemente. Și această caracteristică este utilizat pe scară largă în fabricarea cip. Cu toate acestea, în cazuri rare, în loc de siliciu utilizate și alte materiale. În special, Intel capabil să pună în aplicare într-un 90 nm de fabricație tranzistoare bipolare cu heterojonctiunilor (HBT) pe siliciu-germaniu (SiGe)) prin crearea secvențial straturi diferite pe un strat subțire (mai puțin de un milimetru) circular placheta de siliciu (cu diametrul de 30 cm), denumit substrat [plăci subțiri sunt tăiate din lingouri grele cilindrice lungi de siliciu monocristalin, care este cultivat INDICA proces special de înaltă precizie. Plăcile au fost apoi slefuita oglindă prin metode mecanice și chimice. „Lucru“ suprafață (adică, cea care creează în continuare un cip) a plăcii trebuie să fie netedă și perfectă la nivel atomic, și au o orientare cristalografică foarte precise (cum ar fi diferitele fațete ale unui diamant atunci când, dar cel mai avansat)]. Straturile sunt formate prin diferite procedee care utilizează reactivi chimici, gaze si lumina. Producția de microprocesoare moderne este un proces complex, format din trei sute de trepte - mai mult de douăzeci de straturi „complicate“ interconectate, pentru a forma un circuit cu microprocesor, cu o structură tridimensională. Numărul exact de straturi pe substrat (plachetă) depinde de proiectul de design al unui anumit procesor. Sute microprocesoare identice sunt create pe un singur substrat de siliciu și se taie în cristale dreptunghiulare individuale în etapa finală - chips-uri.

Formarea diferitelor straturi și cipurile elementelor grafice de pe substrat suficient de șiret (de fapt, este întregul domeniu al științei), dar ele se bazează pe o idee simpla: model, deoarece dimensiunile caracteristice generate sunt atât de mici (de exemplu, miezul nm procesor celulă cache 90 Prescott o sută de ori mai mic decât o celulă de sânge roșii (hematiilor), și unul dintre tranzistor sale - dimensiunea virusului gripal), care asaltează aceste sau alte materiale în locurile potrivite este imposibil, pur și simplu introduceți - materialul este depus direct pe întreaga suprafață substratul, apoi a îndepărtat cu grijă din locurile unde nu este nevoie. În acest scop, procesul de fotolitografie.

Ce este o „cameră curată“ și de ce acestea sunt utilizate în fabrici semiconductoare?

Cristale de jetoane trebuie făcut în condiții controlate și aer foarte curat. Deoarece elementele funcționale (tranzistori, conductori) pe microcipuri sunt foarte mici, orice particule străine (praf, fum sau fulgi de piele), clasificate pe o placă cu viitoarele cipuri în etape intermediare ale producției sale, este capabil de a dezactiva un cristal. „Cameră curată“ sunt clasificate în funcție de mărimea și numărul de microparticule prezente în unitatea de volum (picior cubic de aproximativ egală cu a treizecea parte metru cub) de aer. De exemplu, clasa 1 camere utilizate în producția curentă, de aproximativ o mie de ori mai curat decât un chirurgicale de operare. „Cameră curată“ controlează curățenia aerului prin filtrarea aerului de intrare, îndepărtarea murdăriei din plante mișcarea laminar de aer de tavan la podea (aproximativ șase secunde), controlul temperaturii și umidității. Oamenii din „camere curate“, du-te la costume speciale, care acoperă, printre altele, întregul scalp (și, în unele cazuri - chiar și cu propriul său sistem de respirație). Pentru a elimina vibratiile camere curate sunt situate pe cont propriu subsol-vibrații dovada.

Fotolitografie este fundația de nezdruncinat a producției cip, iar în viitorul apropiat este puțin probabil să găsească un înlocuitor demn. Deci, este logic să-l ia în considerare în detaliu. De exemplu, avem nevoie pentru a crea un model într-un strat de material - dioxid de siliciu sau un metal (aceasta este cea mai comună în operațiunile moderne de fabricație). În primul rând, pe substrat sau altfel creează un strat subțire (de obicei, mai subțire decât un micron) și o continuă, fără defecte, un strat de material dorit. În continuare este deținut fotolitografie. În acest scop, mai întâi la plăcuta suprafață un strat subțire de material fotosensibil numit fotorezist (material fotorezistent se aplică din faza lichidă, este distribuit uniform pe suprafața plăcii prin rotație în centrifugă și se usucă până la solidificare). Apoi, cu placa fotorezist este plasată într-o unitate de precis în care porțiunile dorite ale suprafeței sunt iradiate cu lumină ultravioletă prin orificiile transparente în foto-mască (denumit și photomasks). Masca cuprinde o (aplicată pe suprafața plachetă) de proiectare corespunzătoare, care este dezvoltat pentru fiecare strat în proiectarea cip. Sub acțiunea iradiat UV zone ale fotorezistent schimba proprietățile lor, astfel încât este posibil pentru a le elimina selectiv anumite reactivi chimici (Există un fotorezist negativ și pozitiv. Una după iradierea „creste mai puternic“, astfel încât elimina zonele neexpuse, iar celălalt, dimpotrivă, își pierde rezistența chimică, totuși porțiunile sale iradiate sunt eliminate. Prin urmare, se distinge fotolitografie pozitive și negative). După îndepărtarea fotorezist rămân deschise numai acele zone ale suprafeței wafer, peste care este necesar pentru a efectua operația dorită - de exemplu, pentru a îndepărta stratul de material dielectric sau metal. Au fost șterse cu succes (acest procedeu se numește gravare - chimică sau plasmă-chimice) și apoi reziduurile fotorezistiv pot fi îndepărtate complet de pe suprafața plăcii, formată prin expunerea unui strat de model de material dorit este completat pentru continuare deystviy.Fotolitografiya.

La fabricarea de microprocesoare moderne trebuie sa efectueze operatiuni fotolitografice la 20-25 de ori - de fiecare dată pe un nou strat. În total, este nevoie de câteva săptămâni! În unele cazuri, acest strat de material care servește drept dielectric poarta izolatoare sau pasivizare tranzistori (izolator) straturilor între tranzistori și conductorii. In alta - este formarea de porți și tranzistori conectarea conductorilor metalici polisiliciu tranzistor conductoare (Pentru a simplifica unele operații combina, uneori - de exemplu, așa-numitele obloane de auto-aliniere realizate pe baza unuia și aceluiași Structurare fotolitografie simultană a unei porți dielectric și polisiliciu poarta subțire). A treia - o formare de regiuni dopate selectiv (în principal - sursa și tranzistori de scurgere), și porțiuni de dopaj ale atomilor de suprafață cu un singur cristal de siliciu wafer ionizate de diferite elemente chimice (pentru a crea regiuni semiconductoare de siliciu n- sau de tip p) nu au fost produse prin fereastra fotorezist (este prea instabil pentru acest scop), și prin desen, într-un strat suficient de gros de dielectric depus (de exemplu, oxid de siliciu același). Apoi dielectric este îndepărtat împreună cu fotorezist.

Uneori este folosit și o tehnică interesantă ca fotolitografie exploziv. Asta este primul model (ferestre corodate în stratul de fotorezist, un dielectric sau temporar), apoi se aplică pe suprafața wafer un strat continuu dintr-un material nou (de exemplu, metal), și în final, placa este plasată într-un reactiv care îndepărtează resturile de material fotorezistiv sau izolator temporar. Ca rezultat, strat de sacrificiu ca „exploda“ din interior, care transportă cu ea piesele situate pe ultima metalul depus și pre zone „deschise“ (ferestre), metale au rămas și au format ne modelul funcțional dorit (dirijor sau poarta). Și acesta este doar vârful iceberg-ului numit tehnologie microelectronic, care se bazează pe principiul fotolitografie.

Astfel, pe suprafața plachetei de siliciu creează un complex structură tridimensională cu o grosime de câțiva microni, care este de fapt un circuit electronic. Circuit de sus este acoperit cu un (microni) strat gros de un dielectric de pasivare, protejează structura fină de influențele exterioare. Se deschide doar o fereastra pentru petrecere mare în zeci de microni tampoane de metal pătrat prin care circuitul este furnizat de aprovizionare extern tensiuni și semnale electrice. Un fund susține mecanic cip este o plachetă de siliciu într-o grosime de sute de microni. Teoretic, o astfel de schemă ar putea fi foarte subțiri (10-30 microni) și, dacă se dorește, chiar „în colaps tub“, fără pierderea funcționalității. Și o astfel de lucru este deja în curs de desfășurare de ceva timp, în anumite zone, în timp ce circuite de cristal tradiționale (chips-uri) rămân „inflexibile“.

Cele mai multe echipamente pentru producătorii de cipuri și procesele utilizate în laboratoare pentru cercetare și dezvoltare, diferită de cea utilizată în fabricile de producție a produselor finite. Iar atunci când transferul de producție de la prototip la masa de multe ori există întârzieri serioase din cauza faptului că noul echipament necesită rafina în mod semnificativ și să se adapteze procesele pentru a obține o rată mare randament de produse fabricate anterior în laboratoare. Acest lucru va întârzia nu numai producția de masă, dar, de asemenea, duce la schimbări în sute PV și chiar și produse finale. Același lucru este valabil și în cazul în care procesul simplificat într-o fabrică, transportat la altul cu noul echipament.

fabrica de semiconductori

Cine în industrie pentru producerea de chips-uri care vin la un capăt una dintre acele revoluții că, odată ce un deceniu, schimba fata industriei. Producătorii se deplasează de la plachete, cu un diametru de 200 mm la 300 substraturi mm diametru (a se vedea fotografia de pe dreapta.), Astfel încât este posibil să se reducă în mod semnificativ costul de producție de chips-uri, și cu ea - toate produsele semiconductoare electronice. Faptul că substratul 300 mm în diametru oferă 225 la sută creștere în domeniul plachetei de siliciu și o creștere de 240 de procente, cu un randament de chips-uri utile cu fiecare substrat. În plus, a îmbunătățit semnificativ caracteristicile ecologice și de producție, ceea ce necesită un consum mai mic de substanțe chimice și energetice bazate pe fiecare procesor, generează mai puține deșeuri. Prin datele Intel, în comparație cu planta, care operează la o vafe de 200 de milimetri, noua moara role 48% mai puțin substanțe organice volatile, consumă 42% mai mic de apă ultrapură, și aproximativ 40% mai puțină energie. 50% redus costurile forței de muncă.

De ce fabrica pentru producerea de chips-uri atât de scumpe (până la 5 miliarde. Dolari)? fabrici semiconductoare a îndeplini sarcinile cele mai complexe ale tuturor fabricilor din lume. Ei folosesc numai materiale de specialitate, buloane, componente, echipamente și așa mai departe. În plus, fabricile Intel, de exemplu, aproape de două ori mai mult ca dimensiunea medie a unor astfel de plante din lume. Clădirea în sine este în valoare de aproximativ 25% din costul total al fabricii și chiar zece ani după construirea construcției este potrivit pentru soluția de cele mai multe probleme moderne. Echipamente (setări pentru fotolitografie, depunere de vapori, implantare de ioni) și mașini pe podea sunt restul de 75%.

măsurători suplimentare sunt efectuate pentru a se asigura că rezistența la vibrații a fundației și a instalațiilor. Chiar dacă fabrica - aparent o clădire, de fapt, este mai multe clădiri, separate de cele mai mari intervale (10 cm), iar fiecare clădire are propria fundație. Acest lucru ajută la stingerea vibrații diferite - atât din surse externe (vehicule, trenuri), precum și echipamente pentru propria lor vibrație.

fapte interesante despre prima fabrica de 300mm Intel Fab 11X

Sistemul automat al Fab 11x substraturi de procesare din fabrică include mai mult de 5 km monorail și 165 transportări pentru livrare la container substrat pentru centrele de prelucrare a plantelor.

Sistemul computerizat de servire Fab 11X, are trei sute de servere, cinci sute de calculatoare client 25.000 GB de spatiu pe disc, mai mult de 40 km de fibre si mai mult de 900 km de rețea de cablu de cupru.

Fab 11 depășește cu mult amploarea tuturor pre-existente în lumea de fabricare a semiconductorilor. Suprafața totală a „curate“ în incinta centralei este de 27 de mii de metri pătrați. Odată cu deschiderea Fab 11X, această cifră va crește cu aproximativ 18 de mii de metri pătrați.

La vârf de construcție în F11X de construcții la care au participat 3000 de persoane, au îndeplinit un total de 5,3 milioane. Ore. Nivelul prejudiciului sa dovedit a fi un nivel record - de patru ori mai mic decât media pentru industria de construcții din SUA.

Pentru a trece într-un ritm mediu toată camera „curat“ Fab 11 și Fab 11X, va dura cel puțin zece minute.

costurile timpului de lucru în ore de muncă pentru fiecare zi de construcție F11X au fost mai mari de timp petrecut pe construirea a două case.

F11X construcția a durat aproximativ 50 de mii de metri cubi (aproximativ 6700 mașini) din beton. Prin urmare, cantitatea de beton ar putea acoperi stratul de teren zece fotbal.

Prin 1300 planta este amenajata chesoane subteran 15-25 metri adâncime fiecare. Partea subterană a clădirii a luat mai mult de beton deasupra solului.