Техпроцессы

в разделе "Процессор и .." на сайте

electrosad.narod.ru

 Часть 2.

Здесь немного скажу о сложностях в технологии.

Вы наверное уже читали описание современных комплексов, иначе и не назовешь, по производству процессорных чипов на 300 мм пластинах. Если нет почитайте: http://www.terralab.ru/system/36211/#fwd3#fwd3 "Как производятся микропроцессоры", Александр Карабуто.

Технология производства кристаллов современных процессоров требует выполнения более 300 операций от старта до финиша, в процессе которых создается 20-25 слоев со сложнейшим переплетением связей. Технологический процесс содержит повторяющиеся:

• термическое оксидирование (слой SiO₂ ),
• фотолитографию,
• диффузию легирующей примеси,
• эпитаксию (наращивание слоя).

Причем фотолитография повторяется для каждого слоя. Фоторезист имеет недостаточную для некоторых операций стойкость (например для легирования) поэтому маски из фоторезиста защищаются стойкими материалами и процесс легирования происходит сквозь окна в нем. После выполнения операции фоторезист с защитным покрытием смываются. Нанесение металлических межсоединений выполняется по всему слою с последующим удалением ненужных участков.

Разрешающая способность фотолитографической установки R, определяется разрешающей способностью оптической системы и описывается выражением:

R=Dсв x 1,2λ

Здесь: Dсв - диаметр объектива в свету, λ - длинна волны света.

Чем короче длинна волны тем меньше линейные размеры проецируемого без искажений изображения. Сейчас на 90 нм и особенно на 65 нм техпроцессе УФ фотолитографические установки (на основе 193-нм лазеров) подошли к пределу разрешения. Для получения качественного изображения производители пошли на обходной маневр. Они применили так называемые "фазосдвигающие маски", которые представляют собой маски форма которых скорректирована (сознательно икажена) так, чтобы результирующее изображение не имеет недопустимых искажений.

300 мм пластины имеют большую площадь и позволяют получить почти в 4 раза больше чипов чем на 200 мм пластинах. Но увеличение размера предъявляет и дополнительные требования к технологическим процессам. Поскольку сложнее обеспечить одинаковую температуру по поверхности большой пластины, равномерную концентрацию легирующих примесей и осаждаемых материалов. Тем более эта температура должна быть стабильна и во времени. В результате мы пока имеем:

На фото с 0,13 мкм техпроцессом, мы видим практически не искаженную структуру КМОП полевого транзистора. На фото с  65 нм техпроцессом даже невооруженным глазом видна небольшая асимметрия. Далее асимметрия становится все более явной, поскольку все химические процессы (именно они и используются) имеют сильную зависимость от температуры. Достаточно небольшого кратковременного градиента температуры на поверхности пластины или в объеме над пластиной и мы имеем то что видим на двух последних фото. Требования на стабильность температуры могут вырасти на порядок.

Как результат применения 300 мм пластин и тонких техпроцессов, растут погрешности изготовления, поэтому мы имеем меньший выход годных чипов с одной пластины.

В статье "Почему не выходит Prescott, а поголовье Athlon 64 так малочисленно?" описана ситуация ситуация с новым на тот момент 90 нм техпроцессом на 300 мм пластинах.

На 200 мм пластина по 0.13 мкм техпроцессу изготовлены чипы ядрами Northwood. Большинство процессоров с этой пластины могут не только работать, но и достигать частоты 3.2 ГГц или они не только работоспособна, но и могут предельно масштабироваться по частоте.

Изготовленные по 90 нм техпроцессу на одной 300 мм пластине чипы с ядром Prescott  дают приемлемое для производителям число работоспособных чипов, но только незначительная их часть (1-2%) может работать на частоте 3.4 ГГц, остальные же стабильно функционируют лишь на 2.8 ГГц. При этом уровень годных чипов "достаточно высок". Извините но уточнить термин "достаточно высок" не удалось, не смотря на то что процент выхода годных достаточно важная цифра.

Стоит напомнить 4ГГц Prescott так и не появился!

В связи со сложностями освоения новых технологий (да и при отлаженной технологии), производители сортируют чипы по тепловыделению (на максимальной рабочей частоте) и используют их для изготовления линейки процессоров с разными тактовыми частотами (обычно более низкими, чем проектные). При этом отключаются избыточные, для данного процессора узлы. Как снижение тактовой частоты ядра, так отключение "избыточного" кэша позволяет производителю войти в заданное тепловыделение.

Овеклокерам это хорошо известно.

Можно предсказать, с приходом 45 и 32 нм техпроцессов, процесс отладки технологии для достижения стабильного выхода заданного процента годных чипов удлинится, снизится процент чипов с максимальными характеристиками. Похоже нас ждет прорыв и в тонких химических технологиях.

Поиск новых решений удлинит время запуска новых технологий, чем еще раз изменит положения "закона" Мура. Хотя есть простой способ уложиться в пропорции Мура, увеличить кэш процессора второго уровня до 5, 10, 50 мегабайт. Первое и второе значение уже достигнуто!

<<Назад>> <<в начало>> <<на главную>>

 Copyright Sorokin A.D.

Дата - 2007 год. Ver.4