Intel: от песка до процессора

Человек научился создавать из песка замки, стекло и... компьютеры. Знаете ли вы, что<мозг>вашего ПК — процессор, — сделан из песка, точнее, его элемента — кремния (лат. silicium, англ. silicon)? Именно в честь него знаменитое место в американском штате Калифорния, где создаются компьютеры и программы, названо Кремниевой долиной (Silicon Valley).

Процессоры — самые сложные устройства на Земле, состоящие из сотен миллионов крошечных первичных элементов — транзисторов. На заводах корпорации Intel — признанного лидера в разработке и производстве микроэлектроники — процессоры изготавливаются в особо чистых помещениях; при этом производство состоит из множества этапов.

Кремний — второй после кислорода наиболее часто встречающийся химический элемент в земной коре. В песке он содержится в больших количествах в виде диоксида кремния (SiO2). Кремний — основа современного полупроводникового производства.

Сначала кремний проходит многоступенчатый процесс очистки:<микроэлектронный>кремний, предназначенный для микросхем, не может содержать больше примесей, чем один чужеродный атом на миллиард. Кремний расплавляют и делают заготовки, каждая из которых весит около 100 кг

Из заготовки, как из куска мрамора при создании скульптуры, можно получить огромное количество крошечных транзисторов — элементарных переключателей, регулирующих прохождение электрического тока. Представьте, что в современной микросхеме размером всего 1-2 квадратных сантиметра корпорация Intel сумела разместить разместить несколько миллиардов транзисторов!

Заготовку нарезают на отдельные кремниевые диски —<подложки>, на каждой из которых будут расположены сотни микропроцессоров.

Подложки полируют до зеркального блеска, чтобы устранить все дефекты поверхности, а затем при вращении наносят фотополимерный слой (так слой получится максимально тонким). Почти такой же фотополимер используют при производстве фотопленки.

Обработанная подобным образом подложка подвергается воздействию ультрафиолетового света и в фотополимерном слое происходит химическая реакция — примерно так же, как на фотопленке в процессе фотографирования: свет проходит через трафарет (<маску>), повторяя рисунок одного слоя микропроцессора. Линза фокусирует свет, из-за чего реальный размер схемы, напечатанной на подложке, как правило, в четыре раза меньше трафарета. Участки, на которые попал свет, становятся растворимыми и вымываются. В итоге мы получаем нужный рисунок, который теперь требуется защитить. Снова наносим фотополимер, еще раз облучаем, и теперь удаляются те участки кремния, которые находились под<высвеченным>веществом. Неэкспонированный фотополимер закроет участки кремния, которые должны остаться нетронутыми, для следующего этапа — ионизации, в процессе которой свободные от полимера участки кремния бомбардируются ионами. В тех областях, куда они попали, изменяются свойства электрической проводимости. Электрическое поле заставляет ионы ударяться о поверхность подложки с огромной скоростью — более 300 000 км/ч.

Оставшийся полимер удаляют, и транзистор почти готов. В его изолирующем слое делаются три отверстия и заполняются медью: они играют роль контактов, через которые транзистор соединяется с другими транзисторами. Для этого подложку погружают в раствор сульфата меди. Под воздействием электрического тока на транзистор выпадают осадки в виде ионов меди: они переходят с положительного электрода (анода) на отрицательный (катод) — подложку.

Для соединения транзисторов создается многоуровневая разводка. То как они должны быть соединены, в корпорации Intel решает архитектор микросхемы. Несмотря на то, что процессоры выглядят плоскими, они могут включать сложнейшую разводку, состоящую из более чем 20 слоев: если рассмотреть их под микроскопом, можно увидеть сложную сеть, напоминающую фантастическую многоуровневую систему скоростных автомагистралей.

В Intel часть готовой подложки проходит первый тест на функциональность. На этом этапе на каждый из выбранных транзисторов подается ток, и его реакция сверяется с<правильным ответом>.

Подложка разрезается на отдельные куски, которые называются кристаллами. Кристаллы, которые дали верный ответ при тестировании, станут основой процессоров, а бракованные выбрасываются.

Перед нами отдельный кристалл, из которого будет сделан процессор Intel. Его помещают между основанием (электрический и механический<соединитель>с материнской платой компьютера) и крышкой-теплоотводом, на которой сверху будет размещено устройство охлаждения.

В ходе окончательного тестирования в Intel процессоры проверяются на соответствие требуемым параметрам (например, выделение тепла, максимальная тактовая частота), затем сортируются, упаковываются и отправляются к производителям компьютеров.