Орчин үеийн микропроцессорын тухай яригдах тохиолдолд 45 нм, сүүлийн үед 32 нм-ийн технологийн процесс гэсэн нэр томъёо олонтоо гарч ирдэг? Процессорыг чухам юугаар нь хэмжээд 90, 65, 45 юм уу 32 нанометрийн технологи хэмээн ялгаж байна вэ?
Микросхемийг яаж хийдэг вэ?
Орчин үеийн электроникийн хувьд интеграл микросхемийн үндсэн бүрдэл элемент нь дамжуулах шинж чанараасаа хамааран р-төрлийн эсвэл n-төрлийн хагас дамжуулагч байдаг. Хагас дамжуулагч гэдэг нь дамжуулах чадварын хувьд диэлектрикээс сайн, металлаас муу материал юм. Энэхүү p ба n хэмээх хоёр төрлийн хагас дамжуулагчийг үүсгэж байгаа гол материал нь цахиур (Si).
Цахиур нь цэврээрээ байх тохиолдолд цахилгаан муу дамжуулдаг боловч тодорхой хольц нэмэх (нэвчүүлэх) тохиолдолд дамжуулах чадвар нь эрс өөрчлөгддөг. Ийм хольц нь донор болон акцептор гэсэн хоёр төрөл байж болно. Донор хольц нь электрон төрлийн нэвтрүүлэлттэй n-төрлийн хагас дамжуулагч үүсгэдэг бол акцептор хольц нь нүхэн төрлийн нэвтрүүлэлттэй р-төрлийн хагас дамжуулагч үүсгэдэг.
Энэхүү p ба n төрлийн контакт ашиглан орчин үеийн микросхемийн бүтцийн үндсэн бүрдэл элемент болох транзисторыг хийдэг байна. CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor) гэж нэрлэгддэг ийм транзистор нь цахилгаан тог дамжвал нээлттэй, дамжихгүй бол хаалтай гэсэн хоёр үндсэн төлөвт оршдог. CMOS транзистор нь орчин үеийн микросхемийн үндсэн элемент тул товч сонирхоё.
CMOS транзисторын бүтэц
Ердийн p-төрлийн CMOS транзистор нь эх (source), адаг (drain), гарц (gate) гэсэн гурван электродтой. Транзистор өөрөө нүхэн дамжуулалттай р-төрлийн хагас дамжуулагчаас бүтэх бөгөөд харин эх (source) болон адаг (drain) нь электрон нэвтрүүлэлттэй n-төрлийн хагас дамжуулагчаас бүтдэг. Энд р-хэсгээс n-хэсэгт чиглэсэн нүхэн диффуз, мөн n-хэсгээс p-хэсэгт чиглэсэн электроны гэдрэг диффузийн улмаас р болон n-хэсэгт шилжих зааг дээр хоосон (цэнэг зөөгч байхгүй!) давхарга үүсдэг.
Ердийн үед буюу гарцанд (gate) хүчдэл өгөөгүй үед транзистор нь “хаалтай”, өөрөөр хэлбэл тог эхээс (source) адаг (drain) руу дамжиж чадахгүй. Тэр ч байтугай эх болон адагт хүчдэл өглөө ч (тухайн тохиолдолд үндсэн бус цэнэг зөөгчид болох n-хэсэг дэх нүх, р-хэсэг дэх электронуудын цахилгаан орны үйлчлэлээр үүсэх тог алдагдлыг тооцохгүйгээр) байдал мөн адил байх болно. (Зураг 1)
Харин гарцанд эерэг потенциал өгмөгц байдал шууд өөрчлөгдөнө. Гарцны цахилгаан орны үйлчлэлээр нүх маань р-хагас дамжуулагчийн гүн рүү түлхэгдэх бөгөөд электронууд үүний эсрэгээр гарцны доод тал руу татагдаж эх ба адаг хоёрын хооронд электроноор баяжсан суваг үүсгэнэ. (Зураг 2)
Гарцанд эерэг хүчдэл өгмөгц эдгээр электронууд эхээс адаг руу хөдлөж эхлэнэ. Ингэж транзистор тог дамжуулах бөгөөд үүнийг транзистор “нээгдлээ” гэж ярьдаг. (Зураг 3)
Хэрвээ гарцны хүчдэлийг салгачихвал электронууд эх, адаг хоёрын хоорондох завсарт татагдахаа больж, нэвтрүүлэх суваг байхгүй болох тул транзистор тог дамжуулахаа больж “хаагдана”. Бид чийдэнгийн “унтраалга” хэмээн ярьж сурсан сэлгүүрээр цахилгааны гүйдлийг залгаж, салгадагтай яг адилаар гарцан дээрх хүчдэлийг өөрчлөн транзисторыг нээж, хааж болдог.
Ийм учраас транзисторыг заримдаа цахилгаан сэлгүүр (switch) хэмээн нэрлэдэг байна. Гэхдээ CMOS транзистор нь бараг энерци байхгүй, нэг хоромд олон триллион (их наяд) дахин нээлттэй байдлаас хаалттай байдалд сэлгэн шилжих чадвартайгаараа ердийн механик сэлгүүрээс ялгагддаг. Чухам уг шинж буюу тэр дороо сэлгэгдэх чадвар нь эцсийн дүндээ олон арав, зуун сая ийм энгийн транзистороос тогтох процессорын ажиллагааны хурдыг тодорхойлогч болно.
Орчин үеийн интеграл микросхем нь хэдэн арав, зуун саяас тэрбумаар тоологдох ердийн CMOS транзистороос тогтдог. Энэхүү микросхемийг бэлдэх процессийн эхний үе шат буюу цахиур суурь бэлдэц хэрхэн үүсгэдэг вэ.
Гулдмай (Ingot) ба вафер (wafer)
Цахиурын кристал гаргах авах ажиллагаа
Юуны түрүүн байгалийн түүхий эд – элснээс 19000C-ээс дээш маш өндөр температурт нарийн химийн аргаар туйлын цэвэршилттэй цахиур гаргаж авна. Electronic Grade Silicon гэгддэг хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн чанарын стандартад тохирсон ийм цахиур нь 99.9999999 хүртэлх хувийн цэвэршилттэй. Уг нарийвчлалыг төсөөлөх үүднээс жишээ авахад, хэрвээ дэлхийгээс сар хүртэл теннисний бөмбөг цувруулан өрөх аваас дунд нь ердөө цор ганцхан ширхэг хар өнгөтэй бөмбөг байх бололцоотой гэсэн үг юм.
Чохральскийн процесс хэмээн нэрлэдэг талст ургуулах тусгай технологи ашиглан ийм цэвэршүүлсэн хайлмал цахиураас цилиндр хэлбэртэй цахиурын монокристал гулдмай “ургуулж” үүсгэнэ.
Ингэж ургуулсан гулдмайг ингот (ingot) гэдэг. Ийм ингот 100 кг орчим жинтэй, 99.9999%-ийн цэвэршилттэй. Орчин үед дээд тал нь 300 мм-ийн диаметртэй, 2 метрийн урттай ингот ургуулж байна.
Үүсгэсэн ингот гулдмайгаа тусгай очир алмаазан хөрөөгөөр 12 инч (300 мм)-ийн диаметртэй, 0,77 мм-ийн (1/40 инч) нимгэнтэй дугуй зээрэнхий ялтас болгон зүснэ. Вафер (wafer) гэж нэрлэдэг энэхүү ялтсан зээрэнхий нь микросхемийн үйлдвэрлэлийн гол түүхий эд болох цахиур суурь маань юм.
| Технологийн хөгжлийн дагуу төрөл бүрийн процессор, санах ойн микросхемийн хийц, бүтэц нарийн төвөгтэй болж хувирах тусам түүнийг бүтээж боловсруулах өртөг зардал дагалдан өсөхөөс аргагүй болдог. Иймд хагас дамжуулагч бүтээгдэхүүнийг хэт өндөр үнэ өртөгтэй эд болгож хувиргахгүйн тулд үйлдвэрлэлийн өртгийг нь бууруулах янз бүр арга сүвэгчилдэг байна. Ийм аргын нэг нь илүү том диаметртэй вафер ашиглах явдал юм. Учир нь ваферийн диаметр томрох тусам нийт талбайд ноогдох захын ирмэг хэсгийн зай багасаж ирдэг учраас нэг вафераас гарах боломжтой талст (die) буюу микропроцессорын тоо ихэсдэг байна. (Ваферийн захын диаметр дээр байрласан талстууд бүтэн бус учраас шууд гологдол гэдгийг уншигч гадарласан биз ээ!) Орчин үед 200 мм болон 300 мм-ийн диаметртэй вафер хамгийн өргөн ашиглаж байна.
300 мм-ийн диаметртэй вафер ашигладаг болсноор хуучин 200 мм-ийн диаметртэй вафертай харьцуулахад нэгж вафер тутмаас гаргаж авах талстын тоо 2,25 дахин ихсэж, нэг талстад оногдох бүтээгдэхүүний өөрийн өртөг 30-40% буурдаг аж.  Ирээдүйд ашиглахаар төлөвлөж буй 450 мм-ийн диаметртэй вафер нь одоогийн 300 мм-ийн вафертай харьцуулахад мөн дээрх хэмжээний өгөөжтэй хэмээн тооцоолж байна. Төвөгтэй нь илүү том диаметртэй вафер ашиглахтай холбогдсон үйлдвэрлэлийн өртөг ч мөн геометр прогрессоор өсдөг. 450 мм-ийн вафер ашигладаг нэг үйлдвэрлэл барих өртөг 12-15 тэрбум доллар буюу 300 мм-ийн вафер ашигладаг үйлдвэрээс 3 дахин үнэтэй гэсэн тооцоог анхлан 2007 онд гаргаж байсан бөгөөд тухайн үед 450 мм-ийн вафер бүхий бүтээгдэхүүний эхний хэсэг 2012 он гэхэд гарах ёстой хэмээн үзэж байв. Гэвч технологийн тоног төхөөрөмж боловсруулах өртөг зардал асар үнэтэй тусаж байгаатай холбогдон хожим шинэчлэгдсэн тооцоогоор 450 мм-ийн вафер ашигладаг нэг үйлдвэрлэлийн өртөг 20 тэрбум доллар хүрч болзошгүй хэмээн үзэх болсноос гадна шинэ илүү том диаметртэй ваферт шилжих шилжилт энэ арван жилийн дундуур болж хойшлогджээ. Одоогийн байдлаар Intel, Samsung Electronics, TSMC зэрэг тав зургаахан аварга үйлдвэрлэгч л ийм хэмжээний зардал гаргаж шилжилт хийх чадвартай байгаа юм. |
Цахиурын монокристаллаас туйлын төгөлдөр талст бүтэцтэй вафер бэлтгэж чадах эсэх нь сонгож буй чиг барилтаас (анизотроп шинжээс нь) ихээхэн хамаарна. Жишээ нь цахиур суурийн эсэргүүцэл хөндлөн болон тууш чиглэлдээ өөр өөр байдаг. Ийм учраас торныхоо чиглэлээс хамаараад цахиурын кристалл нь цаашдын боловсруулалттай холбоотой (etching буюу хэв цохих, doping буюу ионий имплант суулгах г. м.) гадны үйлчлэлд янз бүр нөлөө үзүүлдэг. Үүнийг харгалзан монокристаллаас вафер зүсэж авахдаа кристаллын торны чиглэлийг гадаргуудтай нь харьцуулахад маш нарийн чиг барихаар тооцоолдог байна. Үүний дараа зүсч авсан ваферний хоёр талыг боловсруулалтын цаашдын процессын шаардлагад нийцүүлэн хамгийн үл анзаарагдам жижиг зураас, хамгийн үл мэдэгдэм гадны биет байхгүй болох хүртэл толь мэт өнгөлнө. Энэхүү өнгөлсөн гадарга дээр чип буюу ирээдүйн микросхемүүд үүсэх учиртай.
Тусгаарлагч (диэлектрик) болон дамжуулагч давхарга үүсгэх, фотолитограф
Хальсан давхарга үүсгэх ажиллагаа (Film Deposition).
Ваферийн гадаргуу дээр тусгаарлагч юм уу дамжуулагч шинж чанартай нимгэн хальсан давхарга үүсгэх ажиллагаа. Тусгай хальсан давхарга үүсгэхэд Сhemical vapor depositon (CVD) буюу химийн ууршуулах аргаар давхарга үүсгэх, вакуум орчны буюу physical vapor deposition (PVD), цахилгаан химийн буюу electrochemical plating (ECP) гэх мэт өөр өөр технологи хэрэглэгддэг.
Chemical Vapor Depositon (CVD) буюу химийн ууршуулах аргаар давхарга үүсгэх. Энэхүү химийн процессыг тусгаарлагч юм уу дамжуулагч шинж чанартай давхаргын аль алийг үүсгэхэд хэрэглэдэг. Үүний тулд давхарга үүсгэх ёстой химийн материалтай хийг камерт шахахад химийн реакц явагдаж дүнд нь вафер дээр цул, нимгэн хальс үүснэ.
Микропроцессор гэх мэт зарим микросхем бүтээхэд epitaxial deposition (EPI) хэмээх тусгай CVD процесс ашигладаг. EPI процессын ачаар вафер дээр цахилгаан дамжуулах чадварын хувьд ердийнхөөс илүү, дээд зэргийн чанарлаг монокристалл бүтэцтэй цахиур үе үүсгэдэг юм.
Энэхүү EPI үеийг ургуулсаны дараа хагас дамжуулагчийн дэвсгэр суурь болж өгдөг нимгэн тусгаарлагч давхарга үүсгэнэ.
Фотолитограф (Photolithograpy)
Маск буюу микропроцессорын хэлхээний цоолбор хэвийг вафер дээр маш нарийвчлалтайгаар байршуулж хэв цутгах процесс. Микрочип үйлдвэрлэлийн процессийн явцад үүсэж байгаа давхарга бүрт энэхүү хэв цутгах ажиллагаа өөр өөр хэвтэйгээр байнга давтагдана.
Фотолитографийн процессын эхний шатанд вафер дээр эхлээд фоторезист гэгддэг гэрэл мэдрэг материалын нимгэн үе үүсгэх ёстой. Ийм фоторезист нь гэрэлд (хэт ягаан туяанд!) мэдрэг, тодорхой химийн бодисын идэмхий үйлчлэлд тэсвэртэй бодис байдаг. Нэг жигд нимгэнтэй үе үүсгэхийн тулд центрофугийн арга хэрэглэнэ. Эргэлддэг дискэн дээр (центрофуг) байрлуулсан вафер дээр төвөөс зугтаах хүчний үйлчлэлээр фоторезист бараг л жигд үе болж түрхэгдэнэ. Бараг л гэдгийн учир нь төвөөс зугтаах хүчний үйлчлэлээр үүсэх хальсан давхаргын зузаан ваферийн төвөөс зах руугаа холдох тусам зузаарч ирдэг боловч зөрөө нь + 10%-иас хэтэрдэггүй байна.
Фоторезистийн хальсан давхарга үүсгэж, хатаасны дараа хагас дамжуулагч хийцийн товгор хээ үүсгэх ажиллагаа эхлэнэ. Уг ажиллагагааны технологийн зарчим нь фоторезистийн хальсан давхарга дээрх шаардлагатай тодорхой байрлалуудыг хэт ягаан туяагаар шарахад тухайн хэсгийн уусах чадавхи хувирч өөрчлөгдөх явдалд үндэслэгддэг. Жишээ нь хэт ягаан туяанд шарагдсан хэсэг нь уусгагч уусмалд (негатив фоторезист ашиглах тохиолдол!) уусдаггүй болж хувирах тохиолдолд туяанд шарагдаагүй үлдсэн хэсэг негатив уусгагч уусмалын үйлчлэлээр уусан угаагдаж арилна. Эсрэг тохиолдол буюу туяанд шарагдсан хэсэг нь уусгагч уусмалд (позитив фоторезист ашиглах тохиолдол!) уусаж арилдаг нөхцөлд вафер дээрх шарагдаагүй хэсэг позитив уусмалд уусалгүй үлдэж хоцорно.
Фоторезистийн хальсан давхарга дээрх шаардлагатай байрлалуудыг туяагаар шарахын тулд нарийн цоолбор хээ бүхий тусгай хэв-маск ашигладаг. Ийм хэв-маск нь ихэвчлэн фото юм уу өөр бусад аргаар тодорхой хэсгүүдийг нь тунгалаг бус болгосон тусгай оптик шилэн ялтас байдаг. Энэ нь хэрэг дээрээ ирээдүйд үүсэх ёстой микросхемийн олон үеийн (ийм үе хэдэн зуугаар тоологдоно!) ердөө нэгнийх нь нарийвчласан дардас хэв болно. Ийм маск нь үндсэн эх загвар болдог тул асар нарийвчлалтай, маш олон удаа хэрэглэгддэг тул онцгой бөх бат эд байх шаардлагатай. Ийм ч учраас үүсгэж байгаа микропроцессорын бүтцээс хамаараад ганц ширхэг фотомаск олон арван мянган доллараар үнэлэгддэг.
Үүний дараа маскийг вафер дээр байршуулж дээрээс нь хэт ягаан туяа тусгахад туяаны үйлчлэлээр фоторезист шарагдаж хээ-хэв үүснэ. Тухайн чипний давхарга-үе бүрт өөр өөр хээ бүхий маск ашиглана.
Микрочипний бүх давхарга хоорондоо туйлын нарийвчлалтай яв цав таарч байхын зэрэгцээ микрочип болгон вафер дээрх байрлал, хэмжээ, хээн хувьд яг ижил байх ёстой. Ингэж тохируулахын тулд маш өндөр нарийвчлалтай оптик литографийн тоног төхөөрөмж вафер дээрх микрочипэн дээгүүр нэг удаад нэг микрочипний хээ-хэв шарах замаар алхамчлан ажилладаг байна.
| Фотолитографийн процесс нь энгийн мэт боловч хэрэг дээрээ микросхем үйлдвэрлэлийн хамгийн төвөгтэй үе шат юм. Учир нь Мүүрийн хуулиар (Moore's law) ганц микросхемэн дэх транзисторын тоо 1.5-2 жилд хоёр дахин өсөж байгаа нөхцөлд тооны ийм аварга өсөлтийг хангахын тулд транзисторын хэмжээг урьд урьдынхаас улам жижигрүүлэхээс аргагүй болно. Ингэж улам жижиг транзистор бүтээхийн тулд фоторезист үе дээрх геометр зураас (цоолбор хэв!) улам жижиг байх ёстой болно. Гэтэл лазерийн туяаг ингэж хэт нарийн фокуслаж тохируулах нь туйлын төвөгтэй. Лазерийн туяа фокуслаж байгаа цэг (хэрэг дээрээ энэ нь цэг бус, дифракцийн бүтэн зураг!) маань зөв гарах эсэх нь гэрлийн долгионы урт болон өөр бусад олон хүчин зүйлсээс хамаарах болдог. Фотолитографийн технологи нь анх үүссэн 70-аад оны эхэн үеэс хойш гэрлийн долгионы уртыг багасгах замаар хөгжиж ирсэн бөгөөд үүний ачаар л интеграл схем дэх бүрдэл элементүүдийн хэмжээг багасгаж чадаж байгаа юм. Үүнтэй уялдан 80-аад оны дунд үеэс фотолитографийн технологид лазерийн хэт ягаан туяа ашигладаг болжээ. Учир нь хэт ягаан туяаны долгионы урт нь хүний нүдэнд харагдах гэрлийн долгионы уртаас бага тул фоторезистийн гадарга дээр илүү нарийн зураас үүсгэдэг байна. Орчин үед ашиглаж байгаа хамгийн шилдэг литографийн төхөөрөмжүүд 248 нм болон 193 нм-ийн долгионы урттай Deep Ultraviolet (DUV) буюу Гүн Хэт ягаан Туяа ашигладаг. Цаашид шинээр бүтээх микросхемийн хэмжээ багасаж гүн хэт ягаан туяаны төхөөрөмжийн боломж шавхагдах үед илүү нарийн зураас үүсгэж чадах 13.5 нм-ийн долгионы урттай Extreme Ultraviolet (EUV, EUVL) буюу Хэт нарийн Хэт ягаан Туяа ашиглах бөгөөд ийм EUV фотолитографийн тоног төхөөрөмж 2015 оноос үйлдвэрлэлд нэвтэрнэ гэсэн тооцоотой байгаа юм. |
300 мм-ийн диаметртэй вафер дээр төрөл загвараас хамаараад хэдэн арваас хэдэн зуун микросхем (микрочип, микропроцессор) үүсгэдэг боловч, цаашид микропроцессорын ердөө ганц ширхэг транзисторын хэсэгт оногдох өчүүхэн талбайд өрнөх технологийн процессыг хялбарчилсан байдлаар авч үзэцгээе.
Хальсан давхаргыг авч хаях, идүүлэх, ион суулгах
Хальсан давхаргыг авч хаях ажиллагаа (Film Removal).
Фотолитографийн процессын дараа хэт ягаан туяанд шарагдсан фоторезистийг уусгагч уусмалаар авч хаяхад маскны дагуу фоторезист дээр цоолбор хээ үүснэ.
Идүүлэх ажиллагаа (Etchng).
Үүний дараа цоолбор хээний дагуу ил гарсан вафер гадаргыг химийн идүүлэх аргаар авч хаяхад вафер гадарга гурван хэмжээст товгор хэвтэй (хэлхээний хэв)! болж хувирна. Химийн идүүлэх аргаар хэлхээний гурван хэмжээст хэв үүсгэдэг энэхүү процессийг etching гэж нэрлэдэг.
Etching буюу идүүлэх процесс дуусмагц үлдэгдэл фоторезистийг мөн авч хаяна. Ингээд вафер дээр хэлхээний хэв болж өгөх учиртай гурван хэмжээст товгор хээ (хэлхээний хэв) биежин тодорч ирнэ.
Дараа нь бас дахин фоторезист түрхэж, маскны дагуу хэт ягаан туяагаар шараад, шарагдсан хэсгийг уусгагчаар зайлуулж шинэ боловсруулалтанд бэлэн болгоно. Энэ удаагийн фоторезист нь ион суулгахгүй хэсгийг хамгаалах (халхлах) үүрэгтэй.
Ион нэвчүүлэлт (Ion implantation) буюу допинг (doping).
Транзистор үүсгэх дараагийн шатанд цахиурын тодорхой байрлал дээр хагас дамжуулагч бүтэц үүсгэх үүднээс допант гэгддэг маш бага хэмжээний донор юм уу акцептор хольцыг өндөр хурдтай хурдасгуур ашиглан цахиурт нэвчүүлж суулгах ажиллагаа - допинг орно. Үүний тулд хурдасгуурт 300 000 км/цагаас илүү хурдтай болсон допантаар вафер дээр цахилгаан дамжуулалт үүсэх ёстой хэсгийг "бөмбөгдөнө". Допинг хэмээх энэ ажиллагааг мөн ион нэвчүүлэлт (ion implantation) гэж нэрлэдэг. Бодисын хувьд n төрлийн хагас дамжуулагч үүсгэх бол сурьма, мишьяк юм уу фосфор, харин р төрлийн хагас дамжуулагч үүсгэх бол бор, галлий юм уу хөнгөн цагааны хольцыг допант болгон ашигладаг байна.
Ион нэвчүүлж дуусаад фоторезистийг авч хаяхад допинг хийсэн тэр хэсэг нэгэнт өөр атомууд нэвчээстэй байх болно.
Үүний дараа ваферийг өндөр температурт маш хурдан улайсгах арга хэрэглэж суулгасан допантаа бэхжүүлж өгнө. Энэ аргыг Rapid Thermal Processing (RTP) буюу дулааны шуурхай боловсруулалт гэдэг. RTP аргыг ашиглан ион суулгалтын үед гэмтсэн цахиурын талст бүтцийг мөн эргүүлэн сэргээдэг байна.
Энэ процессын явцад ваферийг нарийн хяналтан дор хэдхэн хором үргэлжлэх маш богино хугацаанд тасалгааны хэмээс 11000С-ийн халуунтай дулааны цикл боловсруулалтанд оруулдаг байна. Транзистор бүтээхэд дээр өгүүлсэн имплантацийн болон дулааны боловсруулалтын дамжлага нь үе давхарга бүр дээр давтагдана.
Контакт болон интерконнектийн үе давхарга үүсгэх
Транзистор бараг бэлэн болох гэж байна. Ингэж үүссэн транзисторууд болон транзисторын давхаргыг хоорондоо тусгаарлагчаар зааглагдсан интерконнект гэгддэг металл утсан холболт ашиглан холбож өгнө. Интерконнект үүсгэхийн тулд транзисторууд болон интерконнектийн эхний давхаргын хооронд интеграл хэлхээг богино холбооноос хамгаалах үүднээс ислийн анхдагч тусгаарлах хальс үүсгэнэ. Үүсгэсэн тусгаарлагч давхарга дээрээ бусад транзисторуудтай холбож өгөх гурван нүх гаргана. Транзисторууд нь интерконнектийн эхний давхаргатай холбогдохдоо тусгаарлагч давхарганд гаргасан контакт гэгддэг энэ гурван нүхээр холбогдоно. Өөрөөр хэлбэл контактууд нь интерконнектийн эхний давхаргыг транзисторуудтай холбож өгдөг гэсэн үг юм. Ингэж холбохын тулд нүхнүүдийг зэсээр дүүргэх хэрэгтэй.
Вафер дээр металл давхарга үүсгэхэд ашигладаг олон аргын нэг нь electrochemical plating (ECP) буюу цахилгаан химийн аргаар бүрэх технологи юм. Уг технологийн дагуу ваферийг зэсийн байван (copper sulphate) дотор байрлуулаад цахилгаан хүчдэл өгнө. Ингэхэд эерэг терминал буюу анодоос сөрөг терминал буюу катод руу (уг тохиолдолд вафер дээр) чиглэсэн зэсийн ионий урсгалын дүнд транзистор зэсээр хучигдана. Зэс бүрхүүлийн зузаан шаардлагатай хэмжээнд хүртэл уг процессыг үргэлжлүүлнэ.
Цахилгаан химийн аргаар зэсийн ион ваферийн гадарга дээр нимгэн зэс үе болж тогтлоо. ECP технологиор үүссэн хальсан үеийн гадаргуу жигд бус, овон товонтой болдог тул дээр нь шинээр үүсгэх дараагийн интерконнект давхаргын хэв үүсгэхэд хүндрэлтэй болдог.
| Вафер дээр металл давхарга үүсгэх өөр нэг арга нь physical vapor deposition (PVD) буюу вакуум орчны ууршуулж үе үүсгэх технологи. Нарийн вакуум орчинд хурдасгасан хийгээр металл байг “бөмбөгдөнө”. “Бөмбөгдүүлж” байгаа уг металл бай нь вафер дээр дамжуулагч давхарга үүсгэх учиртай металлийн атомын эх сурвалж болж өгдөг бөгөөд ихэвчлэн хөнгөн цагаан, зэс юм уу титанаар хийгдсэн байдаг. Хурдасгуурт хурдассан хий тухайн бай материалыг “бөмбөгдөх” замаар вафер дээр нимгэн дамжуулагч үе давхарга үүсдэг байна. Металл бүрхүүл давхарга үүсгэх гуравдахь арга нь atomic layer deposition (ALD) буюу атомын үет давхарга үүсгэх арга. Хэт нимгэн давхарга үүсгэж болдог энэхүү аргаар химийн материалыг дараалуулан нам даралтын камерт шахна. Улмаар камер дахь химийн урвалын явцад материалын асар нимгэн үе үүснэ. ALD технологиор үүсэж байгаа давхаргын зузаан нь ердөө ганц ширхэг атомын түвшинд хэмжигдэх бөгөөд илүү зузааруулах шаардлагатай бол химийн урвалыг давтан хийдэг. Энэ арга нь туйлын нарийвчлалтай хэт нимгэн хальсан давхарга үүсгэхэд ашиглагдана. |
Ийм учраас ваферийн гадаргууг бүхэлд нь жигд болгохын тулд chemical mechanical planarization (CMP) буюу механик химийн аргаар зүлгэж толийлгоно. Микрочипний дараагийн давхаргын хэв үүсгэхэд бэлэн хавтгай гадарга үүсгэх үүднээс CMP процессийг тухайн фотолитографийн процессийн өмнө хийдэг. CMP нь механик болон химийн үйлчлэлийн процесс бөгөөд ваферийн хэлхээ үүсэж байгаа тал дээр slurry гэгддэг химийн шингэн зуурмаг түрхэнгээ эргэлдэгч уян дугуй хавтгайгаар зүлгэнэ.
CMP процесс дуусахад илүүдэл зэс зүлгэгдэж арилаад зөвхөн шаардлагатай зэс контакт тодорч үлдэнэ.
Контактуудыг үүсгэж дуусмагц хальсан давхарга үүсгэх (film deposition), фотолитограф хэв цутгах, идүүлэх (etching) ажиллагаа дахин интерконнектийн шинээр үүсэх давхарга бүрт давтагдана. Энэ үй олон транзистор, транзисторуудыг хооронд нь холбогч интерконнектын олон үе давхаргын цогц бүхэлдээ та бидний интеграл хэлхээ хэмээн нэрлэдэг тэр бүтцийг үүсгэнэ.
Микропроцессор гэх мэтийн орчин үеийн дэвшилтэт технологитой логик төхөөрөмж бүгд зэс интерконнект ашигладаг бол санах ойн чип гэх мэт харьцангуй хялбар хийцтэй чип ихэвчлэн хөнгөн цагаан интерконнект ашигладаг байна. Бүтээж байгаа хэлхээнд богино холболт үүсгэчихгүйн тулд интерконнектийн үе давхарга болгоны хооронд ислийн давхарга үүсгэдэг. Интерконнектийн бүх давхаргыг үүсгэж, микрочипний хэлхээ бүрдэж дуусах хүртэл дээр өгүүлсэн бүх процесс олон дахин давтагдана.
Компьютерийн микропроцессор энгийн нүдээр харахад нимгэхэн ч хэрэг дээрээ дээрх маягаар үүсгэсэн олон үе давхарга бүхий бүтэцтэй. Жишээ нь орчин үеийн хамгийн дэвшилтэт технологиор бүтээгдсэн микрочип болох Intel Core i7 процессор хорь гаруй үетэй байдаг байна.
Микросхем үйлдвэрлэх технологийн процессийг ийм хялбаршуулсан байдлаар авч үзэж байгаа нөхцөлд хүртэл транзисторын хэмжээг жижигрүүлэх нь технологийн хувьд туйлын хэцүү болох нь төвөггүй ойлгогдоно.
| 65 нм, 45 нм гэдэг маань юун хэмжээс билээ? 65 нм, 45 нм гэдэг нь микросхемийн нэг үе дээр байрлаж байгаа зэргэлдээ хоёр элементийн хоорондох үнэмлэхүй бага зайг тэмдэглэсэн үзүүлэлт. Өөрөөр хэлбэл микросхемийн элементүүдийг холбогч торны алхамыг тэмдэглэсэн хэмжээс. Иймд энэхүү хэмжээс хэдий чинээ жижиг байна, микросхемийн тухайн талбай дээр төдий чинээ олон транзистор багтана. Процессорын үйлдвэрлэлийн технологийн процессын нормын дагуу транзисторын хэмжээ жижгэрч, үе давхаргын тоо өсөж ирлээ. |
Тестлэх, тайрах, ангилах ажиллагаа
Вафер дээр процессор бүтээх ажиллагаа дууслаа. Дараагийн шатанд вафер дээр процессоруудыг нэг бүрчлэн шалгаж, тайран, ангилна.
Вафер дээрх процессоруудыг ажилладаг эсэхийг нь тусгай машинаар шалгана. Уг шатанд тестийн эх загвартай вафер дээрх чип бүрийг харьцуулан тулгах замаар ажиллагаатай эсэхийг шалгаж, илэрсэн ажиллагаагүй чипнүүд дээр тусгай тэмдэглэгээ тавьдаг.
Шалгаж дууссаны дараа вафераа микрочип тус бүрээр нь тайрч салгах хэрэгтэй болно. Тайрахын өмнө ваферийн зузааныг ар талаас нь 33% нимгэлж, нарийвчлан цэвэрлээд, ирээдүйн процессорын ивээс суурьтай (substrate) сайтар барьцалдуулж өгөх үүрэгтэй тусгай түрхлэг түрхэнэ. Ингээд тусгай машинаар вафераа чип тус бүрээр нь хэсэгчлэн тайрна.
Die буюу кристалл (талст) гэж нэрлэдэг энэхүү тайрдас нь хэрэг дээрээ микропроцессор маань юм.
Ингээд зөв хариу гарч ажиллагаатай болох нь батлагдсан талстийг хамгаалалтын гэр-хайрцаглаанд савлах дараагийн шатанд зориулан түүвэрлэх ажиллагаа эхлэнэ.
Доорхи зурагт вафер тайрах ажиллагааны дараах бэлэн Core i7 процессорын талст (die) харагдаж байгаа нь.
Энэхүү талстыг substrate буюу тусгай ивээс суурин дээр угсарч дулаан сарниагч (heat spreader) тусгай гэрт хайрцаглаж өгөхөд сая бүрэн төгс процессор болж хувирна.
Доорхи зураг дээрх ногоон ивээс суурь нь процессорыг эх хавтантай (ө. х.компьютертэй!) холбож өгөх цахилгааны болон механик интерфэйсийн үүрэг гүйцэтгэнэ. Харин таглаа гэр маягийн хийцтэй дулаан сарниулагч нь талстыг гэмтэхээс хамгаалахын зэрэгцээ дээр нь байрлуулах хөргүүр механизмын дулааны интерфэйс болж, процессорыг хөргөх үүрэгтэй.
Процессор бүтээх ажиллагаа дууслаа. Зураг дээр бэлэн болсон Intel Core i7 процессор. Дээр та бид ердөө голлох үндсэн үе шатаар нь тоймлон авч үзсэн процессор үйлдвэрлэх ажиллагаа нь хэрэг дээрээ асар олон шат дамжлага бүхий нүсэр цогц ажиллагаа бөгөөд үйлдвэрлэлийн бүтэн мөчлөг ажиллагаа хэд хэдэн долоо хоногоор үргэлжилж, нийт 300 гаруй үе шат дамждаг байна.
Бэлэн болсон процессорыг бас дахин тестлэж ажиллагаагүй гологдол процессоруудыг ялгаж, ажиллагаатай процессоруудыг энерги сарниулах чадавхи, үнэмлэхүй ажиллах давтамж гэх мэт тодорхой үзүүлэлтийн дагуу нарийвчласан тестэнд оруулна.
Нарийвчласан тестийн дүнд тулгуурлан процессорын ажиллаж чадах давтамж, тэжээлийн хүчдэл болон бусад холбогдох үзүүлэлтийн дагуу төрөлжүүлэн tray гэгддэг тусгай зөөврийн тавиуруудад өрнө. Dell, HP, Acer гэх мэт компьютер үйлдвэрлэгч компаниудад процессорыг ийм зөөврийн тавиурт савлаж нийлүүлдэг.
Харин жижиглэн худалдаанд зориулагдсан процессорыг нэг бүрчлэн тусгай хайрцганд савлаж зарна.
Түүхий буюу боловсруулаагүй цахиур вафер дээр компьютер микрочип бүтээх ажиллагаа Fab (Fabrication Plant) гэгддэг үйлдвэрлэлийн хэт цэвэр орчинтой байгууламжид явагдана. Ганц ширхэг гадны өчүүхэн биет микропроцессорыг, хэд хэдэн гадны биет бүхэл ваферийг хэрэгцээгүй болгож болзошгүй байдаг тул фаб доторх агаарыг бидний гэртээ амьсгалдаг агаартай харьцуулахад 2 сая дахин цэвэр байлгах шаардлагатай.
| Intel Фаб 68, Далянь, Хятад Intel-ийн Ази дахь анхны фаб болж буй уг үйлдвэрийг барих 2,5 тэрбумын өртгийг оруулаад тус компани нийт 4 тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт Хятадад оруулжээ. Фаб 68 энэ оны эцсээр ашиглалтанд орно. |
Агаарыг туйлын цэвэр байлгах үүднээс фаб нь дотроо “цэвэр өрөө” гэгддэг тусгай тасалгаануудад хуваагддаг бөгөөд шүүж цэвэрлэх автомат систем агаарыг тааз болон шалнаас минутад хэд хэдэн удаа шүүж сэлгэнэ.
| Цэвэр өрөөний шал (Intel Fab) |
Фаб дотор ажилладаг инженерүүд bunny suit буюу чандаган өмсгөл хэмээх цасан цагаан хувцастай ажиллана. Онцгой цэвэр ажиллах шаардлагатай өрөөнд амны хаалтны оронд тусгай амьсгалын аппарат зүүх ёстой. Чандаган өмсгөлийг хүний үсний ширхэг, арьсны үртэс агаарт тархахаас хамгаалах зориулалтай тусгай материалаар хийдэг
Вафер дээрх гэрэлд мэдрэг материалын нимгэн үеийг гэмтээхгүйн тулд фотолитографийн процесстой холбоо бүхий ажлын байр байнга шар өнгийн гэрэлтүүлэг ашигладаг.
| Вафер дээр фоторезистийн давхарга бүрхүүл үүсгэдэг төхөөрөмж - фотолитографийн модул дээр ажиллаж байгаа нь (Globalfoundries Fab 1, Дрезден) |
Фаб дотор ваферийг таазнаас бэхэлсэн автомат тээврийн систем ашиглан зөөдөг.
Вафер зөөх моно-рельсийн автомат тээврийн систем.
Зураг дээрх дугаартай бүхээгүүд дотор ваферууд савласан
тусгай бяцхан контейнер байрлана.
(Globalfoundries Fab 1, Дрезден)
Far Cry 2 [PC] 
Mortal Kombat:Armageddon [PC] 
The Sims 3 - Outdoor Living Stuff 
The Sims 3 - Fast Lane Stuff 
The Sims 3 - Ambitions 
The Sims 3 - High End Loft Stuff 
The Sims 3 - World Adventures 
Battle vs Chess SKIDROW 
Code Geass [Монгол хадмал] 
Shaolin 2011 [Монгол хэлээр] 
Hellsing [Бүх анги] Монгол хадмал 
Kuragehime [Бүх анги] Монгол хадмал 
Gnomeo And Juliet 2011 Blu-Ray [Монгол хэлээр] 
Sora no Otoshimono [Бүх анги] Монгол хадмал 
Kanagi [Бүх анги] Монгол хадмал 
Тhe World God Only Knows [Бүх анги] Монгол хадмал 
Asura Crying [Бүх анги] Монгол хадмал 
Kiss X Sis [Бүх анги] Монгол хадмал 
Tron Evolution 
