Аверно, багато хто з вас вже чули про Силіконовій долині, розташованій в США в штаті Каліфорнія. Таку назву це місце отримало внаслідок великої концентрації компаній, зайнятих в області високих технологій. Зокрема, в Силіконовій долині знаходиться штаб-квартира корпорації Intel, а також один із заводів Intel з виробництва мікропроцесорів. Але, можливо, не всі ще знають про те, що є й інша долина, і знаходиться вона в центрі Європи. Йдеться про Саксонської долині, де також зосереджено безліч підрозділів найбільших компаній, пов'язаних з інформаційними технологіями. Так, в Німеччині, в передмісті Дрездена, розташована найбільша фабрика по виробництву мікропроцесорів компанії AMD (Advanced Micro Device), що отримала назву Fab 30.

Географічне положення, прекрасна система освіти, економічна і політична стабільність і, звичайно ж, німецька пунктуальність і педантичність - все це разом в кінцевому підсумку вплинуло на рішення побудувати нову фабрику з виробництва мікропроцесорів саме в Німеччині. Фабрика була закладена в 1996 році і вже обійшлася компанії більш ніж в 2 млрд. Дол., А до 2003 року вкладення AMD складуть 2,5 млрд. Дол. Мабуть, на сьогоднішній день це найбільший іноземний проект в східній частині Німеччини.

На цій фабриці зараз виробляються процесори AMD Athlon XP і Athlon MP, а в подальшому саме тут будуть випускатися процесори AMD Athlon 64 і AMD Opteron.

Сучасні процесори AMD Athlon XP з ядром Thoroughbred виробляються на Fab 30 з використанням 0,13-мікронного технологічного процесу на пластинах (wafers) діаметром 200 мм. Але поряд з цим на фабриці також випускаються процесори з використанням 0,18-мікронної технології. Надалі для процесорів AMD Athlon 64 і AMD Opteron планується, що фабрика поступово перейде на 90-нанометровій технології.

Що стосується виробничої потужності фабрики, то вона становить 5 тис. Пластин на тиждень. З урахуванням того, що на кожній такій 200-міліметрової пластині розташоване 315 процесорів (Thoroughbred), виходить досить вражаюча цифра.

Власне, на фабриці Fab 30 виготовлення процесорів не відбувається від початку і до кінця по замкнутому циклу. Як відомо, процес виготовлення будь-якої мікросхеми (а процесор - це теж мікросхема, тільки більш складна) починається з вирощування кремнієвих монокристалічних болванок циліндричної форми. Надалі з таких монокристалічних заготовок нарізають круглі пластини (wafers), товщина яких становить приблизно 1/40 дюйма, а діаметр 8 дюймів (200 мм). Це і є кремнієві підкладки, що служать основою для виробництва мікросхем.

При формуванні пластин з монокристалів кремнію враховується та обставина, що в ідеальних кристалічних структурах фізичні властивості в значній мірі залежать від обраного напрямку (властивість анізотропії). Наприклад, опір кремнієвої підкладки буде різним в поздовжньому і поперечному напрямках. Аналогічним чином в залежності від орієнтації кристалічної решітки кристал кремнію буде по-різному реагувати на зовнішні впливи, пов'язані з його подальшою обробкою (такі, наприклад, як травлення, напилення і т.д.). Тому пластина повинна бути вирізана з монокристала таким чином, щоб орієнтація кристалічної решітки відносно поверхні була строго витримана в певному напрямку.

Так ось, самі болванки на фабриці Fab 30 не виробляються. Компанія AMD закуповує їх у сторонніх виробників (втім, в цьому вона аж ніяк не самотня), а потім на цих кремнієвихпідкладках на фабриці створюють процесори. Після цього пластини відправляють до Малайзії, де з них вирізаються конкретні кристали-процесори . Кожен кристал вбудовується в захисний корпус, який забезпечує електричне з'єднання кристала мікропроцесора з зовнішніми пристроями. Ось чому на всіх процесорах AMD стоїть напис - Assemled in Malaysia.

Ну і нарешті, остання стадія виробництва процесорів - тестування. Для цього вже готові процесори відправляються в Сінгапур, де і завершується етап виробництва.

Технологічні етапи виробництва самих мікропроцесорів, як і взагалі мікросхем, добре відомі і приблизно однакові у всіх компаніях. Нагадаємо, що формування мікросхем в найпростішому випадку включає наступні обов'язкові етапи виробництва:

• вирощування кремнієвих заготовок і отримання з них пластин;
• шліфування кремнієвих пластин;
• нанесення захисної плівки діелектрика (SiO2);
• нанесення фоторезиста;
• літографічний процес;
• травлення;
• дифузія;
• металлизация.

Всі перераховані етапи використовуються для того, щоб створити на кремнієвій підкладці складну структуру напівпровідникових планарних транзисторів (CMOS-транзисторів) і зв'язати їх належним чином між собою. Кількість таких транзисторів на одній мікросхемі вже сьогодні становить десятки і навіть сотні мільйонів штук, а через кілька років їх число досягне вже мільярдів штук. Саме тому виробництво мікропроцесорів являє собою надзвичайно складний технологічний процес.

Звичайно, описати в усіх подробицях всі стадії виробництва мікросхем в межах однієї статті неможливо, тому тут ми лише коротко (для загальної ерудиції) зупинимося на етапах виробництва і постараємося докладніше розповісти про створення мідних межсоединений різних верств мікросхем на прикладі виробництва компанії AMD на фабриці Fab 30 .

Після ретельної полірування поверхні кремнієвої підкладки її покривають тонким шаром оксидної плівки (SiO2), що виконує функцію діелектрика і захисної плівки при подальшій обробці кристала кремнію.

Діоксид кремнію отримують шляхом окислення безпосередньо чистим киснем при високій температурі і тиску. Пластини поміщають в камеру, де при високій температурі і тиску відбувається дифузія кисню в поверхневі шари пластини, яка веде до окислення кремнію і до утворення поверхневої плівки діоксиду кремнію. Для того щоб плівка діоксиду кремнію мала точно задану товщину і не містила дефектів, необхідно підтримувати строго постійну температуру в усіх точках пластини в процесі окислення.

Після того як кремнієва підкладка покриється захисною плівкою діоксиду кремнію, необхідно видалити цю плівку з тих місць, які будуть піддаватися подальшій обробці. Видалення плівки здійснюється за допомогою травлення, а для того, щоб в результаті травлення оксидна плівка віддалялася вибірково, тобто тільки в потрібних місцях, на поверхню плівки наносять шар фоторезиста. Фоторезист являє собою особливий склад, який змінює свої властивості під впливом ультрафіолетового випромінювання. Опромінені області стають розчинними в кислотному середовищі, тоді як неопромінені залишаються стійкими до впливу агресивних середовищ.

Процес нанесення фоторезиста і його подальше опромінення ультрафіолетом по заданому малюнку називається літографією. Перед нанесенням шару фоторезиста на підкладку остання піддається попередній обробці, в результаті чого поліпшується її зчеплення з шаром фоторезиста.

Для засвічення потрібних ділянок шару фоторезиста використовується спеціальний шаблон-маска. Фактично такий шаблон містить малюнок одного з шарів майбутньої мікросхеми. Ультрафіолетове випромінювання, проходячи крізь такий шаблон, засвічує тільки потрібні ділянки поверхні шару фоторезиста. Після опромінення фоторезист піддається прояву, в результаті якого видаляються непотрібні ділянки шару. При цьому відкривається відповідна частина шару діоксиду кремнію.

У міру експоненціального зростання щільності розміщення транзисторів, що формуються в кристалі, ускладнюється і літографічний процес. Справа в тому, що процес зменшення геометричних розмірів транзисторів супроводжується і зменшенням розмірів ліній, що наносяться на шар фоторезиста. Мінімальна товщина лінії, що отримується в процесі літографії, визначається розміром плями, в який вдається сфокусувати лазерний промінь. Крім інших факторів розмір плями фокусування залежить від довжини хвилі, використовуваної в опроміненні фоторезиста. Чим менше довжина хвилі, тим тонші лінії можна отримати на поверхні фоторезиста. Саме тому при виробництві сучасних мікропроцесорів для опромінення використовують ультрафіолетове, а не видиме випромінювання (довжина хвилі видимого світла більше довжини хвилі ультрафіолетового випромінювання). В даний час для виробництва мікросхем по 130-нанометровим технологічним процесом використовується глибоке ультрафіолетове випромінювання (Deep UltraViolet, DUV) з довжиною хвилі 248 нм. На підході літографічний процес з довжиною хвилі 13 нм, що отримав назву ЕU \ / - літографії (Extreme UltraViolet - Наджорстка ультрафіолетове випромінювання). Якщо застосовується зараз літографічна технологія дозволяє наносити шаблон з мінімальною шириною провідників 100 нм, то EUV-літографія уможливлює друк ліній набагато меншою ширини - до 30 нм.

Після засвічування шару фоторезиста приходить черга етапу травлення (etching) з метою видалення плівки діоксиду кремнію. При виробництві процесорів використовується сухий метод травлення, також званий плазмовим. Такий метод дозволяє точно контролювати процес травлення, а руйнування витравлюють шару відбувається тут в строго вертикальному напрямку.

При використанні сухого травлення для видалення з поверхні пластини діоксиду кремнію застосовується іонізований газ (плазма). Газ вступає в реакцію з поверхнею діоксиду кремнію, в результаті чого утворюються летючі побічні продукти.

Після процедури травлення, тобто коли оголені потрібні області чистого кремнію, видаляється частина, що залишилася фотослоя. Таким чином, на кремнієвій підкладці залишається малюнок, виконаний діоксидом кремнію.

Нагадаємо, що попередній процес формування необхідного малюнка на кремнієвій підкладці необхідний для створення в потрібних місцях напівпровідникових структур шляхом впровадження донорной або акцепторной домішки. Процес впровадження домішок здійснюється за допомогою дифузії. Дифузія - це рівномірне впровадження атомів домішки в кристалічну решітку кремнію.

Для процесу дифузії легуючої домішки застосовується Іонна імплантація. Процес імплантації полягає в тому, що іони потрібної домішки «вистрілюють» з високовольтного прискорювача і, володіючи достатньою енергією, проникають в поверхневі шари кремнію.

Етап іонної імплантації завершується створенням необхідного шару напівпровідникової структури. Саме в цьому першому шарі і зосереджені десятки мільйонів крихітних транзисторів. Далі необхідно в потрібній послідовності з'єднати їх між собою провідниками. Якщо взяти до уваги, що кожен транзистор має стік, витік, затвор і що кожен з цих електродів повинен бути з'єднаний провідником з іншими компонентами, то абсолютно очевидним стає величезна кількість необхідних з'єднань. Здійснити необхідну розводку в межах того ж шару, де розташовані самі транзистори, просто нереально - неминучі перехрещення між провідниками. Навіть звичайні материнські плати для з'єднання всіх мікросхем один з одним використовують кілька шарів (в даний час використовуються 8-шарові плати). У кожному такому шарі провідник не перехрещуються один з одним. Аналогічно вирішується завдання і в мікросхемах: для з'єднання транзисторів один з одним застосовують кілька шарів металізації, тобто шарів з металевими провідниками, причому чим більше транзисторів налічується в мікросхемі, тим більше шарів металізації використовується.

Для з'єднання транзисторів один з одним перш за все необхідно створити проводять контакти стоків, витоків і затворів. Для цього, як описано вище, по масці в потрібних місцях витравлюється шар діоксиду кремнію і відповідні вікна заповнюються атомами металу.

Для створення чергового шару на отриманому малюнку схеми вирощується додатковий тонкий шар діоксиду кремнію. Після цього наносяться шар провідного металу і ще один шар фоторезиста. Ультрафіолетове випромінювання пропускається крізь другу маску і висвічує відповідний малюнок на фоторезисте. Потім знову йдуть етапи розчинення фоторезиста і травлення металу. В результаті в новому шарі утворюються потрібні проводять смужки, що нагадують рейки, а для міжшарових з'єднань, тобто з'єднань шарів один з одним, в шарах залишаються вікна, які потім заповнюються атомами металу.

Наприклад, при використанні 0,25-мікронного технологічного процесу для здійснення розводки використовувалися 5 додаткових шарів. У процесорах AMD з легендарним ядром «К-7» застосовують 8-шарові з'єднання. Нові процесори AMD Athlon 64 і AMD Opteron також будуть 8-шаровий.

Протягом багатьох років в якості металу для внутріслойних з'єднань повсюдно використовувався алюміній. Однак процес створення багатошарових з'єднань не такий простий, як може здатися. Неухильне зменшення розмірів транзисторів, а отже, і розмірів контактних провідників вимагає ісÐ