Smiltis

Aptuveni 25% silīcija sastāvā ir skābeklis – otrais, uz zemes garozas visplašāk sastopamais ķīmiskais elements. Smiltis, īpaši kvarca smiltis,  satur augstu silīcija satura procentu silīcija dioksīda (SiO2) formā un ir pamata sastāvdaļa pusvadītāja ražošanā.

Kausēts silīcijs – Vafeles līmenis (~300mm)

Silīcijs tiek attīrīts vairākās kārtās līdz tas sasniedz kvalitāti, kāda ir nepieciešama pusvadītāja ražošanai. Šāda viela tiek saukta par Electronic Grade Silicon, jeb Elektronikas Šķiras Silīcijs. Šis process noris tik rūpīgi, ka tikai viens no biljona silīcija atomu ir lieks. Attēlā var redzēt cik liels kristāls veidojas no kausēta, attīrīta silīcija. Šis mono kristāls tiek saukts par Ingot, jeb tulkojumā – Stienis.

Monokristālu silīcija stienis – Vafeles līmenis (~300mm)

Kristālu stienis tiek iegūts no Elektronikas Šķiras Silīcija. Viens stienis sver aptuveni 100 kilogramus un tā silīcija saturs ir 99.9999%.

Stieņa sašķēlēšana – Vafeles līmenis (~300mm)

Silīcija stienis tiek šašķēlēts atsevišķās silīcija platēs, kuras tiek sauktas par wafers jeb vafelēm.

Vafele – Vafeles līmenis (~300mm)

Vafeles tiek pulētas līdz tās sasniedz perfektu, spogulim līdzīgu virsmu. Intel pērk šīs vafeles no citiem ražotājiem. Intel modernais High-K/Metal Gate process lieto vafeles ar 300mm diametru. Pirmie Intel ražotie procesori tika veidoti uz 50,8mm vafelēm. Pateicoties tam, ka tiek izmantots lielāks vafeļu izmērs, Intel spēj samazināt ražošanas izdevumus un tādējādi arī gala produktu cenu.

Foto aizsargslāņa uzklāšana - Vafeles līmenis (~300mm)

Zilais šķidrums, kas tiek uzliets uz vafeles virsmas, kamēr tā rotē, ir foto aizsargslānis, līdzīgs tam, kāds tiek izmantots analogajā fotogrāfijā. Šajā procesā vafele rotē, lai šķidrums tiktu uzklāts vienmērīgi, taču ļoti plānā kārtā.

Ekspozīcija - Vafeles līmenis (~300mm)

Foto aizsargslānis tiek pakļauts UV starojumam. Ķīmiskā reakcija ir līdzīga darbībai, kāda notiek foto filmiņai, nospiežot fotoaparāta fotografēšanas slēdzi analogajām kamerām. Foto aizsargpārklājums pēc UV staru iedarbības kļūst šķīstošs. Ekspozīcija tiek veikta ar maskām, kuru pamatuzdevums ir kalpot kā šablonam. UV staru iedarbībā maskas veido dažādus shēmas modeļus uz katras mikroprocesora kārtas.

Ekspozīcija - Tranzistora līmenis (~50nm)

Lai arī daži mikroprocesori ir veidoti uz vienas vafeles, turpmākās bildes parādīs pašu mikroprocesora pusfabrikātu tranzistora līmenī. Tranzistors strādā kā slēdzis, kontrolējot elektriskās strāvas plūsmu mikroprocesorā. Intel pētnieki izstrādājuši tranzistorus, kuri ir tik mazi, ka 30 miljoni šādu tranzistoru varētu satilpt uz cilvēka mata gala.

Foto aizsargslāņa nomazgāšana – Tranzistora līmenis (~50nm)

Lipīgais foto aizsargslānis tiek izšķīdināts. Šķīdināšanas rezultātā uz virsmas paliek tikai maskas veidotais shēmas modelis.

Kodināšana - Tranzistora līmenis (~50nm)

Foto aizsargslānis tiek izšķīdināts, bet pilnībā to var notīrīt tikai ķīmiskas kodināšanas rezultātā.

Notīrīts foto aizsargslānis- Tranzistora līmenis (~50nm)

Pēc kodināšanas virsma ir pilnībā notīrīta no foto aizsargslāņa un ir gatava turpmākai apstrādei.

Foto aizsargslāņa uzklāšana - Tranzistora līmenis (~50nm)

Virsmai atkārtoti tiek pievienots foto aizsargslānis, taču šoreiz tas tiek pievienots katram topošajam mikroprocesora kodolam atsevišķi, nevis visai silīcija vafelei. Foto aizsargslānis pasargā virsmas daļas, kuras nedrīkst tikt pakļautas jonu implantācijai.

Jonu implantācija - Tranzistora līmenis (~50nm)

Jonu implantācijas procesā silīcija vafeles neaizsargātās vietas tiek apstarotas ar dažādiem ķīmiskiem savienojumiem sauktiem par joniem. Joni tiek implantēti lai silīcija vafele šajās vietās vadītu elektrisko strāvu. Joni tiek izšauti pretim virsmai ar ļoti lielu ātrumu, kas var pārsniegt 300000km/h.

Notīrīts foto aizsargslānis – Tranzistora līmenis (~50nm)

Pēc jonu implantācijas foto aizsargslānis tiek notīrīts un uz virsmas paliek sveši atomi (pievērst uzmanību krāsu pleķiem).

Tranzistora sagatavošana – Tranzistora līmenis (~50nm)

Tranzistors ir gandrīz gatavs. Trīs caurumi tiek izkodināti izolācijas slānī, tranzistora augšpusē. Šie trīs caurumi tiks aizpildīti ar kaparu lai varētu tikt veidoti savienojumi ar citiem tranzistoriem.

Galvanizācija - Tranzistora līmenis (~50nm)

Šajā procesā silīcija vafeles tiek ievietotas kapara sulfātā. Kapara joni tiek uzkrāti uz tranzistora virsmas galvanizācijas procesā. Kapara joni ceļo no pozitīvi lādēta pola (anoda) uz negatīvi lādētu polu (katodu) kas ir uzkrāts uz vafeles virsmas.

Galvanizācijas procesa rezultāts - Tranzistora līmenis (~50nm)

Pēc galvanizācijas procesa beigām kapara joni veido plānu slāni uz virsmas.

Pulēšana - Tranzistora līmenis (~50nm)

Liekais kapara slānis tiek nopulēts.

Metāla kārtas – Tranzistora līmenis (6 tranzistori ~150nm)

Vairākas metāla kārtas (domā: vadi) ir izveidotas  lai savstarpēji sasaistītu tranzistorus. Procesora arhitektūras dizaina komanda izstrādā jaunu procesora arhitektūru un vadoties pēc arhitektūras vadlīnijām tiek veidoti savienojumi. Lai arī procesors izskatās apsolūti līdzens, tas var saturēt pat vairāk kā 20 kārtas ar sarežģītiem savienojumiem. Ja procesora kodolu paliek zem mikroskopa, var ieraudzīt komplicētu ķēdes shēmu un tranzistorus, kas atgādina futūristisku daudzslāņu automaģistrāli.

Silīcija vafeles testēšana – Kodola līmenis (~40mm)

Šajā procesā silīcija vafele tiek testēta, vai tā ir derīga savu funkciju veikšanai. Katrs individuāls kodols tiek savienots ar testa iekārtu, un tā savukārt parāda vai procesors izdod pareizo atbildi.

Silīcija vafeles griešana – Vafeles līmenis (~300mm)

Silīcija vafele tiek sagriezta gabalos. Katrs gabals veido procesora kodolu.

Procesora kodolu šķirošana – Vafeles līmenis (~300mm)

Tikai tie procesora kodoli, kas ir veiksmīgi izgājuši testu tiek izmantoti lai izgatavotu fināla produktu.

Individuāls kodols – Kodola līmenis (~20mm)

Šis ir individuāls kodols, kas ir izgriezts iepriekšējā procesā.

Procesora “sapakošana” – Produkta līmenis (~40mm)

Procesora pamats (PCB, jeb drukātā shēma), procesora kodols un kodola aizsargradiators tiek savienoti kopā lai veidotu jau gatavu produktu. Zaļā PCB pamatne kalpos par kodola un mātesplates elektrisko un mehānisko savienotājelementu. Kodola aizsargradiators ir siltuma vadītājs, kas pārvadīs procesora izdalīto siltumu no kodola uz dzesēšanas iekārtu nodrošinot zemu procesora temperatūru tā darbības laikā, un aizsargājot kodolu no sabojāšanas nemākulīgas cilvēka darbības rezultātā.

Procesors – Produkta līmenis (~40mm)

Redzams jau gatavs procesors. Datora mikroprocesora ražošana ir vissarežģītākais process uz zemes. Tā veidošanai aiziet simtiem dažādu soļu un tikai  vissvarīgākie ir attēloti šajā bilžu rakstā. Intel procesori tiek izstrādāti pasaules vistīrākajā mikroprocesoru rūpnīcā.

Galaprodukta testēšana – Produkta līmenis

Jau gatavs procesors tiek testēts nosakot tā galvenos rādītājus, ieskaitot TDP, jeb izdalīto siltumu un maksimālo frekvenci.

Šķirošana – Produkta līmenis

Pēc testa rezultātiem procesori tiek šķiroti vienādās paplātēs un tiem tiek piešķirti modeļu numuri.

Galaprodukta iepakošana – Produkta līmenis

Pilnībā gatavs mikroprocesors tiek nosūtīts lielajiem datoru ražotājiem bez iepakojuma, vai nosūtīts datoru tirdzniecības veikaliem skaistā produkta iepakojumā ar dzesēšanas iekārtu.

• 
•