Merk: Vår sand til silisiumskipsfunksjon har blitt fullstendig oppdatert. Denne artikkelen ble først publisert i mai 2009.

Merkelige ting skjer i skoger - spesielt Silicon Forest, som Hillsboro i Oregon er blitt kjent. Det er der D1X, Intels største operasjonelle fabrikkanlegg, er basert - og det er der det som en gang virket som et mirakel av ingeniørarbeid, utføres hele dagen hver dag.

D1X er der prosessorer som måler bare 14 millionths av en millimeter på tvers, er laget, klar til å bli sendt til hovedkort og PC-produsenter over hele verden. Den fantastiske tingen om D1X er ikke slik Intel gjør stadig mindre prosessorer, skjønt. Det er det de er laget av.

Hele virksomheten er bygget på sand.

Det er mer enn 300 trinn for å snu sand til silisium, men du kan gruppere dem i 10 nøkkelområder. Hvis du ikke kan forestille deg hvordan ting du lager sandkastler med, kan bli en Kaby Lake-prosessor, forberede deg til å bli overrasket ...

  • Sjekk også ut: 10 CPUer som endret databehandling

Trinn ett: Få litt sand

Som du sikkert har gjettet, spiser chipmakers ikke for nærmeste strand med JCB eller plasserer bulkbestillinger hos lokale byggherreres kjøpmann. Normal sand og sanden som brukes i byggebransjen er vanligvis farget rød, gul eller oransje på grunn av tilstedeværelse av urenheter. Hva chipmakere trenger er kiselsand, som du vanligvis får fra steinbrudd.

Kiselsand er også kjent som silisiumdioksyd, og som du uten tvil gjettet fra navnet, er det en forbindelse av silisium og oksygen. For å få silisiumet fjernes oksygenet ved å blande det med karbon og oppvarme det i en lysbueovn til temperaturer utover 2000 grader C. Ved disse temperaturene reagerer karbonet med oksygen, blir karbondioksid og etterlater rent silisium i bunnen av ovnen. Det silisiumet blir deretter behandlet med oksygen for å fjerne urenheter som kalsium eller aluminium, hvilket etterlater det som kalles metallurgisk silisium. Det er opptil 99% rent.

Dessverre for chipmakers, det er fortsatt ikke rent nok til å tilfredsstille kravene til mikroskopiske mikroprosessorer. Så metallurgisk kvalitet silisium er viderefinert, denne gangen ved å male den i et fint pulver, tilsette hydrogenklorid og oppvarme det i en fluid bed-reaktor ved 300 grader C. Dette skaper en flytende silisiumforbindelse kalt tricholrosilan, og det skaper også klorider av uønskede elementer som jern, aluminium, bor og fosfor. Disse fjernes ved fraksjonell destillasjon og triklorosilanen fordampes i hydrogen ved 1000 grader C. En elektrisk oppvarmet, ultra-ren silisiumstang samler silisium, og resultatet er silikon av elektronisk kvalitet. Sin renhet: 99,999999%.

Det viser seg at dette var den enkle biten.

Trinn 2: Lag noen krystaller

Elektronisk grade silisium er fortsatt ikke perfekt, fordi det har en polykrystallinsk struktur. Det betyr at den består av mange små silisiumkrystaller, og forbindelsene mellom de krystallene kan lider av mangler kjent som korngrenser. Disse grenser kan forårsake kaos med elektroniske signaler, så strukturen av silisiumet må endres.

Prosessen med å gjøre det kalles Czochralski-prosessen, og det innebærer smelting av silisiumkrystallet i en kvarts-smeltedigel på litt over smeltepunktet på 1414 grader C. En liten silikonkrystall blir så dyppet inn i det smeltede silisium, og det er trukket ut mens roterer kontinuerlig i motsatt retning til rotasjonen av smeltedigelen. Dette tiltrekker seg silisium fra smeltedigelen og skaper det som kalles en boule. En boule er en stang laget av en enkelt silisiumkrystall, og størrelsen avhenger av temperaturen, hastigheten på spinn og hastigheten der krystallet blir trukket fra væsken. En typisk boule vil være rundt 300 mm over.

Trinn 3: Klipp waferene dine

Den sirkulære silisiumstangen er nå kuttet i wafers, og de ble kuttet så tynn som mulig uten at de ikke var i stand til å overleve fremstillingsprosessen. Stangen er kuttet med en enhet som fungerer som en eggskiver, og kutter flere skiver samtidig for å lage skiver 0,7575 mm tykk. Ledningen beveger seg konstant og bærer en slurry av silisiumkarbid, det samme slitematerialet som brukes til å lage våt og tørr sandpapir. De skarpe kanter av wafers blir deretter glattet for å hindre dem i å chippe.

Neste opp: Lapping, hvor wafers overflater er polert ved hjelp av en slipende slurry til platene er flate til en toleranse på to tusendedeler av en millimeter. Etter det blir wafen etset med en blanding av salpetersyre, flussyre og eddiksyre for å skape en jevnere, jevnere overflate.

Trinn 4: Lag mønstre

De superglatte wafers vil nå bli gitt et oksydlag, som brukes til å skape de nødvendige egenskapene til kretsen. Dette gjøres selektivt til bestemte områder, og kan innebære bruk av ionbjelker, varme gasser og / eller kjemikalier.

Når en slik kjemikalie er kjent som "fotoresist", og det er stort sett lik den kjemikaliene som brukes til å lage fotografisk film. Dessverre går det ikke bra med varme gassbehandlinger, så waferen må maskeres. Dette gjøres ved å bruke et mønstret oksidlag som sikrer at gassene ikke når de fotoresistede bitene som chipdesigneren ønsker å beholde.

Det kan være opptil seks trinn i denne prosessen:

  • Vaffelen oppvarmes til høy temperatur i en ovn, og danner et lag silisiumdioksyd som silisium reagerer med oksygen
  • Et lag av fotoresist påføres, med waferen spunnet i et vakuum for å sikre jevn dekning og deretter baktørket
  • Waferen er utsatt for UV-lys gjennom en fotografisk maske eller film, en gang for hver brikke eller klynge av sjetonger på waferen. Waferen flyttes mellom hver eksponering ved hjelp av en maskin som kalles en "stepper"
  • En alkalisk oppløsning påføres, oppløsning av fotoresistene som ble utsatt for UV-lyset. De seksjonene er vasket bort
  • Hydroflouric acid brukes til å oppløse delene av oksidlaget hvor fotoresisten er blitt vasket bort
  • Et oppløsningsmiddel påføres for å fjerne den gjenværende fotoresist, og etterlater et mønstret oksidlag i form av de nødvendige kretsfunksjoner