Křemík: Základ všech mikroprocesorů Intel
Mikroprocesor je integrovaný obvod na malé křemíkové destičce. Křemík se používá proto, že se jedná o polovodič. Polovodiče jsou materiály, jejichž elektrická vodivost se pohybuje mezi vodičem a izolantem. Křemík může být pozměněn, aby fungoval buď jako izolant, který blokuje elektrický náboj, nebo jako vodič, který elektrický náboj vede.
Mikroprocesor obsahuje milióny tranzistorů, které jsou propojeny nesmírně tenkými spoji z hliníku nebo mědi. Tranzistory společně ukládají data a manipulují s nimi, takže mikroprocesor může provádět širokou řadu výpočetních a logických funkcí.
Výroba mikroprocesoru: Zhruba 300 kroků od začátku do konce
Výroba mikroprocesorů je komplexní a náročný proces, který má přes 300 kroků. Mikroprocesory se vyrábějí vrstvením materiálů na tenké kulaté pláty křemíku pomocí různých postupů s využitím chemikálií, plynů a světla.
Pláty (waffery) mají obvykle průměr 200 mm. Avšak od roku 2001 společnost Intel používá také pláty o průměru 300 mm. Vyrábějí se z křemíku, hlavní složky běžného říčního písku, který byl vyčištěn, zkapalněn a zformován do dlouhých válců nazývaných ingoty. Ingoty se rozřežou na tenké pláty, jež se čistí, dokud nemají bezchybný, zrcadlově hladký povrch.
Při výrobě čipů se na prázdné křemíkové pláty kladou velice tenké vrstvy materiálu v pečlivě navržených vzorech. Jedná se o počítačově vytvořené vzory, které jsou natolik miniaturizované, že se na jediný plát vejde až několik set mikroprocesorů.
Vzhledem k velmi malé velikosti těchto vzorů je nemožné klást materiál přesně tam, kde má na plátu být. Místo toho se vrstva materiálu klade po celé ploše plátu. Nepotřebný materiál se potom odstraní a zůstane jen požadovaný vzor.
Přestože výroba funkčního mikroprocesoru má více než 300 kroků, lze ji shrnout do několika kroků, které obnášejí kladení oxidu křemičitého, vytvoření vodivých vlastností, testování, balení a odeslání.
Kladení oxidu křemičitého a vytvoření vodivých vlastností
Výroba mikroprocesoru začíná kladením izolační vrstvy oxidu křemičitého na vyčištěný plát. Vrstva oxidu slouží také jako elektrická brána, která buď umožňuje, nebo zabraňuje toku elektrického proudu uvnitř mikročipu. Oxid křemičitý je na povrch plátu kladen v peci při velmi vysoké teplotě. Tloušťka vrstvy oxidu závisí na teplotě a na době, po kterou jsou pláty v peci.
Fotolitografie, proces, při němž jsou vzory obvodů tištěny na povrch plátu, je další v řadě. Nejdříve se na plát nanese dočasná vrstva materiálu citlivého na světlo, která se nazývá fotorezist. Skrze průhledná místa šablony, označované fotomaska nebo maska, svítí na vybraná místa fotorezistu ultrafialové světlo. Masky se vytvářejí během návrhu čipu a používají se pro určení vzoru obvodů na každé vrstvě čipu. Osvit chemicky změní nezakryté plochy fotorezistu.
Exponované plochy fotorezistu se odstraní, čímž se odhalí část oxidu křemičitého pod opticky citlivou vrstvou. Odhalený oxid křemičitý je odstraněn rytím. Pak se odstraní zbývající fotorezist a na křemíkovém plátu zůstane vzor oxidu křemičitého. V dalších litografických a rycích fázích se na plát nanášejí další materiály jako polysilikon, který vede elektřinu. Každá vrstva materiálu má jedinečný vzor. Dohromady vytvoří trojrozměrnou strukturu obvodu čipu.
Při operaci nazývané "doping" jsou odhalené části křemíkového plátu bombardovány různými chemickými nečistotami- ionty, které křemíku dodají kladný a záporný náboj a změní na dotčených místech jeho vodivost. Elektrické náboje pomáhají tranzistoru zapínat a vypínat, čili propouštět elektrický proud skrz bránu tranzistoru.
Pro zajištění spojení s dalšími vrstvami na plátu se opakováním fází maskování a rytí vytvoří "okna."
Vrstvení se v průběhu několika týdnů opakuje 20krát až 25krát. Tím na plátu vznikne hotový mrakodrap vrstev.
Okna se vyplní kovem, který zajistí elektrické spojení mezi vrstvami čipu. V 0,13mikronové technologii, jež je v současnosti nejpokročilejší generací výroby mikroprocesorů, začal Intel používat měď. V 0,18mikronové a starších technologiích procesu používal Intel hliník. Měď a hliník jsou vynikajícími vodiči elektřiny.
