Как создаются Микрочипы? Этапы производства процессоров [Branch Education на русском]

• В смартфоне находятся 62 микрочипа с 90 миллиардами транзисторов.  

• Производство микрочипов включает чистое помещение площадью восемь футбольных полей с сотнями машин стоимостью от нескольких миллионов до 170 миллионов долларов.  

• Кремниевые пластины проходят около тысячи процессов в течение трёх месяцев.  

• Каждая кремниевая пластина содержит сотни процессоров с 26 миллиардами транзисторов.  

• Микрочип включает наноскопические транзисторы и более десятка слоёв проводников.  

• Процесс производства включает вырезание, тестирование и упаковку микрочипов.  

• Процессор содержит 24 ядра, контроллер памяти, графический процессор и другие сегменты.  

• Внутри ядра видны блок-схема и элементы, включая 44 тысячи транзисторов для 32-битных операций умножения.  

• Слои металлических проводников разделены изоляционными материалами.  

• Размеры каналов транзистора составляют 36x6x52 нанометра, а расстояние между соседними транзисторами — 57 нанометров.  

• Для сравнения размеров показаны метахондрия, частица пыли и часть человеческого волоса.  

• Производство микрочипа сравнивается с выпечкой торта с 940 шагами.  

• Этапы включают нанесение изолирующего диоксида кремния, фоторезиста, вытравливание, нанесение меди и шлифовку.  

• Процесс повторяется для создания всех 80 слоёв кристалла.  

• Кремниевые пластины диаметром 300 мм переносятся в контейнерах FOUP.  

• Роботизированные манипуляторы перемещают пластины через вакуумные шлюзы в технологические камеры.  

• На заводе размещено 435 полупроводниковых установок, обеспечивающих производственную мощность 50 тысяч пластин или 11,5 миллионов процессоров ежемесячно.  

• Установки разделены на шесть групп: создание маскирующего слоя, нанесение материала, удаление материала, модификация материала, очистка пластины и проверка качества.  

• Установка нанесения фоторезиста наносит светочувствительный слой на пластину.  

• Фотолитограф просвечивает пластину ультрафиолетом через трафарет, создавая наноскопический рисунок.  

• Проявочная машина смывает ослабленный фоторезист, оставляя структурированный трафарет.  

• Фотолитограф использует источник ультрафиолетового излучения, фокусирующие линзы и фотошаблон для копирования схемы на пластину.  

• Размер фотошаблона составляет 6x6 дюймов, на нём умещается два экземпляра одного слоя процессорной схемы.  

• Ультрафиолетовый луч проецирует рисунок на поверхность фоторезиста, размечивая все 230 чипов на одной пластине.  

• Для создания процессора используются 80 фотошаблонов стоимостью 300 тысяч долларов каждый.  

• Процессор проходит через установку фотолитографии 80 раз.  

• Установки осаждения добавляют материалы на пластину: металлы медь, тантал, изоляторы оксиды, кристаллические слои кремния.  

• Каждая группа материалов требует разных физических и химических принципов осаждения.  

• Травильные машины используют едкие химикаты или высокоэнергетическую плазму для удаления материалов с поверхности кремниевой пластины.  

• Химико-механическая планаризация выравнивает верхние слои пластины.  

• Ионные имплантеры бомбардируют открытые участки фосфором, бором или другими элементами для создания p- и n-областей.  

• Процесс повреждает кристаллическую решётку кремния, поэтому требуется отжиг.  

• Установки очистки используют сверхчистую воду для промывки пластины, затем сушат её азотом или горячим изопропиловым спиртом.  

• Метрологическое оборудование проверяет транзисторы и металлические слои на дефекты с помощью сканирующего электронного микроскопа.  

• На поверхность пластины наносится изолирующий слой диоксида кремния.  

• распределяется фоторезист, пластина проходит мягкую и жёсткую термообработку.  

• Рисунок с фотошаблона переносится на чип пластины, затем пластина проходит травление и удаление фоторезиста.  

• Вакуумное напыление металла заполняет открытый рисунок.  

• Химико-механическая планаризация шлифует металлический слой до идеально плоского состояния.  

• Изготовление кремниевых пластин путём очистки кварцита и выращивания монокристаллического слитка.  

• Тестирование процессоров на наличие дефектов.  

• Вырезание чипов лазером, установка на интерпозер и защитная теплопроводящая крышка.  

• Окончательное тестирование перед упаковкой для продажи.  

• Сайт «Бриллиант» предлагает интерактивные модули для изучения принципов работы технологий.  

• Курсы адаптируются под уровень подготовки и позволяют учиться в удобном темпе.  

• Примеры тем: работа GPS, компьютерная память, рекомендательные алгоритмы.  

• «Бриллиант» — лучший ресурс для повышения квалификации и изучения новейших концепций технологий.  

• Для зрителей канала предлагается бесплатный 30-дневный пробный период с доступом ко всем тысячам уроков.  

• Скидка 20% на годовую подписку при переходе по ссылке: бриллиант.орг/бранч эдюкейшн.  

• Работа над двумя сложными видео: 3D-экскурсия по фабрике микрочипов и видео о физике транзисторов, финфт-архитектуре и транзисторах следующего поколения.  

• Анонс серии видео о графических процессорах и цикла об архитектуре CPU.  

• Призыв подписаться для получения новых роликов.  

• Благодарность спонсорам на Patreon и YouTube Membership.  

• «Бранч Эдюкейшн» создаёт трёхмерные анимации, подробно рассказывающие о технологиях, управляющих современным миром.  

• Видео перевёл «Железный бес».