Agena
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Huhu.
Da ich schon so einige male selbst auf der Suche danach war, wie CPUs hergestellt werden, dachte ich mir, dass ich mal einen Thread aufmache, in dem ich genau die Herstellung einer CPU erkläre. 🙂
Schritt 1: Das Silizium
Wie sicherlich einige Wissen, besteht der Chip (DIE) von CPUs aus Silizium. Dieses Silizium (Engl. Silicon; bitte nicht mit Silikon verwechseln!) ist größtenteils in Sand - vor allen im Quarzsand - enthalten, in Form von Siliziumdioxid. (SiO2)
Es gibt (im Labor) 3 verschiedene Möglichkeiten dieses Silizium nun heraus zu filtern: 1.) Durch Reduktion, 2.) durch das aluminothermisches Verfahren und 3.) durch Elementendeckung.
Schritt 2: Der Ingot
Nachdem man reines Silizium hat, wird dieses Eingeschmolzen und so lange gereinigt und aufbereitet, bis es sich als "Electronic Grade Silicon" eignet. Aus diesem gereinigten und flüssigen Silizium wird durch langsames Drehen ein großer Kristall mit regelmäßiger Struktur gewonnen, ein so genannter "Ingot" (Engl. für Barren) entsteht.
Schritt 3: Der Wafer
Nach dem der Ingot erstarrt ist, wird er in dünne Siliziumscheiben zerschnitten. Diese dünnen Scheiben nennt man Wafer. Der typische Durchmesser beträgt 30 cm. Doch bevor man den Wafer nutzen kann, wird dieser lange poliert, solange bis eine Makellose Oberfläche vorhanden ist. Erst dann kann man ihn für die "High-K/Matel Gate" Produktion nutzen, mit Strukturbreiten von 45 nm (32 nm).
Schritt 4: Die Fotolithographie
Auf die Wafer wird eine Flüssigkeit gegossen: Fotolack, wie er auch in der Analogen Fotografie verwendet wird. Durch eine extrem schnelle Drehung des Wafers, verteilt sich der Fotolack gleichmäßig und sehr dünn.
Nachdem der Fotolack aufgetragen wurde, wird dieser mit UV-Licht bestrahlt. Eine Linse verkleinert dabei das Muster der Maske, weshalb die Strukturen auf den Wafern viel kleiner sind, als die der Maske selbst. (Der mit dem UV-Licht ausgesetzte Fotolack wird löslich.)
Es erfolgt auch noch eine 2. Belichtung; hier wird besonders ein Augenmerk auf den kleinsten Bestandteil der CPU gelegt: den Transistor, er fungiert im Prozessor als Schalter => Kontrolle des Stromflusses in der CPU.
Schritt 5: Ätzvorgang
Der durch das UV Licht gelöste Fotolack wird nun mithilfe eines Lösungsmittels entfernt. Der nicht bestrahlte Fotolack sichert nun die Stellen, die erhalten bleiben sollen. Ungeschützte Stellen werden mit den Lösungsmitteln weg geätzt.
Nach dem Ätzvorgang wird der Fotolack entfernt und die gewünschte Silizium-Grundform kommt zum Vorschein.
Schritt 6: Die Ionen-Implantierung
Vor diesem Schritt, wird erneut Fotolack aufgetragen, mit UV-Licht bestrahlt und wieder gereinigt. Nun schützt der Fotolack jedoch vor der Implantierung von Ionen. Bei der Ionen-Implantierung (Teil des "Dopings") selbst wird der Wafer mit Ionen bestrahlt. Sie werden implantiert, um die elektrische Leitfähigkeit zu optimieren. Die Ionen treffen mit Geschwindigkeiten von über 300.000 km/h auf den Wafer.
Nach der Ionen-Implantierung wird der Fotolack wieder entfernt. Die gewünschte Siliziumformgebung wird nun sichtbar, wobei die "gedopten" Stellen nun einige Fremdatome aufweisen. (NPN-Schicht)
Schritt 7: Die Metallauftragung
Nun ist der Transistor fast fertig - in die aufgebrachten Isolationsschichten werden nun 3 Löcher geätzt, diese werden dann mit Kupfer aufgefüllt, um eine Leitende Verbindung zu anderen Transistoren herzustellen.
Es erfolgt eine Galvanisierung - die Wafer werden in eine Kupfersulfatlösung getaucht. Nun wandern die Kupferionen von der positiven Anode zum Wafer, der als Kathode fungiert. Die Kupferionen lagern sich auf dem Transistor ab.
Nach dem Galvanisieren hat sich nun eine dünne Kupferschicht gebildet, von der das nicht mehr benötigte Kupfer ab poliert wird.
Schritt 8: Metallschichten - Layers
Nach dem auf dem Wafer jede Menge Transistoren sind, müssen diese nur noch miteinander Kommunizieren können. Dies ermöglichen Metallschichten, die ähnlich wie Drähte, eine Verbindung zwischen den Transistoren herstellen. Wie und wo diese Drähte gelegt werden, bestimmt allein die Prozessorarchitektur.
Schritt 9: Wafer Test / Schneiden
Nachdem die Layer verlegt sind, wird der Wafer nun in die einzelnen Chips zerschnitten. Danach müssen die Chips einige Tests über sich ergehen lassen, damit man feststellen kann, ob sie richtig arbeiten. Nur die DIEs, die alle Tests bestanden haben, kommen in den Handel. Die DIEs, die nicht voll funktionsfähig sind, werden aussortiert.
Schritt 10: Packaging
Nachdem die Chips den Testlauf überstanden haben, kommen sie zu dem Packaging (Verpacken). In diesem Schritt erhalten die DIEs ihre Trägerplatine und ihren Headspreader.
Schritt 11: Leistungstest
Nach all diesen Schritten gibt es noch eine Leistungseinstufung: Die Prozessoren werden auf ihre Leistung getestet und werden je nach Wärmeabstrahlung und maximaler Taktfrequenz zugeordnet.
Dies sind die wichtigsten Schritte bei der CPU Herstellung.
Ich hoffe auf einige Kritiken und auch darauf, dass ich einigen Personen weiterhelfen konnte. 😀
Mfg Agena
PS: Quellen wurden an gehangen.
Da ich schon so einige male selbst auf der Suche danach war, wie CPUs hergestellt werden, dachte ich mir, dass ich mal einen Thread aufmache, in dem ich genau die Herstellung einer CPU erkläre. 🙂
Schritt 1: Das Silizium
Wie sicherlich einige Wissen, besteht der Chip (DIE) von CPUs aus Silizium. Dieses Silizium (Engl. Silicon; bitte nicht mit Silikon verwechseln!) ist größtenteils in Sand - vor allen im Quarzsand - enthalten, in Form von Siliziumdioxid. (SiO2)
Es gibt (im Labor) 3 verschiedene Möglichkeiten dieses Silizium nun heraus zu filtern: 1.) Durch Reduktion, 2.) durch das aluminothermisches Verfahren und 3.) durch Elementendeckung.
Schritt 2: Der Ingot
Nachdem man reines Silizium hat, wird dieses Eingeschmolzen und so lange gereinigt und aufbereitet, bis es sich als "Electronic Grade Silicon" eignet. Aus diesem gereinigten und flüssigen Silizium wird durch langsames Drehen ein großer Kristall mit regelmäßiger Struktur gewonnen, ein so genannter "Ingot" (Engl. für Barren) entsteht.
Schritt 3: Der Wafer
Nach dem der Ingot erstarrt ist, wird er in dünne Siliziumscheiben zerschnitten. Diese dünnen Scheiben nennt man Wafer. Der typische Durchmesser beträgt 30 cm. Doch bevor man den Wafer nutzen kann, wird dieser lange poliert, solange bis eine Makellose Oberfläche vorhanden ist. Erst dann kann man ihn für die "High-K/Matel Gate" Produktion nutzen, mit Strukturbreiten von 45 nm (32 nm).
Schritt 4: Die Fotolithographie
Auf die Wafer wird eine Flüssigkeit gegossen: Fotolack, wie er auch in der Analogen Fotografie verwendet wird. Durch eine extrem schnelle Drehung des Wafers, verteilt sich der Fotolack gleichmäßig und sehr dünn.
Nachdem der Fotolack aufgetragen wurde, wird dieser mit UV-Licht bestrahlt. Eine Linse verkleinert dabei das Muster der Maske, weshalb die Strukturen auf den Wafern viel kleiner sind, als die der Maske selbst. (Der mit dem UV-Licht ausgesetzte Fotolack wird löslich.)
Es erfolgt auch noch eine 2. Belichtung; hier wird besonders ein Augenmerk auf den kleinsten Bestandteil der CPU gelegt: den Transistor, er fungiert im Prozessor als Schalter => Kontrolle des Stromflusses in der CPU.
Schritt 5: Ätzvorgang
Der durch das UV Licht gelöste Fotolack wird nun mithilfe eines Lösungsmittels entfernt. Der nicht bestrahlte Fotolack sichert nun die Stellen, die erhalten bleiben sollen. Ungeschützte Stellen werden mit den Lösungsmitteln weg geätzt.
Nach dem Ätzvorgang wird der Fotolack entfernt und die gewünschte Silizium-Grundform kommt zum Vorschein.
Schritt 6: Die Ionen-Implantierung
Vor diesem Schritt, wird erneut Fotolack aufgetragen, mit UV-Licht bestrahlt und wieder gereinigt. Nun schützt der Fotolack jedoch vor der Implantierung von Ionen. Bei der Ionen-Implantierung (Teil des "Dopings") selbst wird der Wafer mit Ionen bestrahlt. Sie werden implantiert, um die elektrische Leitfähigkeit zu optimieren. Die Ionen treffen mit Geschwindigkeiten von über 300.000 km/h auf den Wafer.
Nach der Ionen-Implantierung wird der Fotolack wieder entfernt. Die gewünschte Siliziumformgebung wird nun sichtbar, wobei die "gedopten" Stellen nun einige Fremdatome aufweisen. (NPN-Schicht)
Schritt 7: Die Metallauftragung
Nun ist der Transistor fast fertig - in die aufgebrachten Isolationsschichten werden nun 3 Löcher geätzt, diese werden dann mit Kupfer aufgefüllt, um eine Leitende Verbindung zu anderen Transistoren herzustellen.
Es erfolgt eine Galvanisierung - die Wafer werden in eine Kupfersulfatlösung getaucht. Nun wandern die Kupferionen von der positiven Anode zum Wafer, der als Kathode fungiert. Die Kupferionen lagern sich auf dem Transistor ab.
Nach dem Galvanisieren hat sich nun eine dünne Kupferschicht gebildet, von der das nicht mehr benötigte Kupfer ab poliert wird.
Schritt 8: Metallschichten - Layers
Nach dem auf dem Wafer jede Menge Transistoren sind, müssen diese nur noch miteinander Kommunizieren können. Dies ermöglichen Metallschichten, die ähnlich wie Drähte, eine Verbindung zwischen den Transistoren herstellen. Wie und wo diese Drähte gelegt werden, bestimmt allein die Prozessorarchitektur.
Schritt 9: Wafer Test / Schneiden
Nachdem die Layer verlegt sind, wird der Wafer nun in die einzelnen Chips zerschnitten. Danach müssen die Chips einige Tests über sich ergehen lassen, damit man feststellen kann, ob sie richtig arbeiten. Nur die DIEs, die alle Tests bestanden haben, kommen in den Handel. Die DIEs, die nicht voll funktionsfähig sind, werden aussortiert.
Schritt 10: Packaging
Nachdem die Chips den Testlauf überstanden haben, kommen sie zu dem Packaging (Verpacken). In diesem Schritt erhalten die DIEs ihre Trägerplatine und ihren Headspreader.
Schritt 11: Leistungstest
Nach all diesen Schritten gibt es noch eine Leistungseinstufung: Die Prozessoren werden auf ihre Leistung getestet und werden je nach Wärmeabstrahlung und maximaler Taktfrequenz zugeordnet.
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Dies sind die wichtigsten Schritte bei der CPU Herstellung.
Ich hoffe auf einige Kritiken und auch darauf, dass ich einigen Personen weiterhelfen konnte. 😀
Mfg Agena
PS: Quellen wurden an gehangen.
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