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.

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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.

Interesant . Und deswegen hast du auch ein "Danke" bekommen

Marcel

Huhu.
Also ich bedanke mich erst einmal für die Danksagungen.

Aber wie gesagt, ich bin für Veränderungen offen, wenn also jemand einen Vorschlag zur Verbesserung hat, nur her damit!

Mfg Agena

Huhu,

sehr interessant. Das sollte eine schöne Kurzfassung sein, die einen Einblick für Jedermann bieten sollte. Habe einige Kleinigkeiten behoben und mein "Danke" drunter gehängt. Gute Arbeit, gerne mehr von solchen spannenden Artikeln.

Wer mehr Interesse hat an der Technologie, kann sich auch den Artikel zu zukünftigen Nanowires anschauen, sollte ein großer Sprung werden bei den Halbleitern: Nanowire Halbleiter ermöglichen neuartige Transistoren
ermöglichen

Zitat von bolef2k

]

Hehe, wie geil. Zum ersten mal was davon gehört und schon begeistert es mich.

Doch bleiben wir erst einmal bei den "alten" Transistoren, die sind auch kompliziert genug.

sehr schön gemacht

sehr gut gemacht,
aber ich als "normale" person raffe nicht wie so ein teil dann etwas berechnen kann^^

Nunja, man "gieß" halt logische Strukturen, wie z.B. AND,OR oder NAND Gatter.

Beispiel AND Gatter

nur wenn beide Eingänge (and) beschaltet sind, gibt es ein Signal, sieht dann aus wie ein Y.

Ein OR Gatter dementsprechend wenn einer der beiden beschaltet ist und so weiter, gibt ne ganze Menge...

Perfekt wäre es, wenn im letzten Bild "Heatspreader" statt "Headspreader stehen würde.

Aber sonst sehr schön und nützlich.

Schön gemacht, leicht verständlich. *Daumen hoch*

Danke, sehr schön.

Zum Verständnis von Rechentechnik (Wie miteinander verknüpfte Schaltungen funktionieren) ist ein Besuch des Technikmuseums Berlin zu empfehlen. Dort stehen nämlich Nachbauten von Konrad Zuses Rechenmaschinen (die Erste komplett mechanisch), an deren Nachbau er selber noch mitgewirkt hat.

Hier Herr Zuse und seine Z1 (nein, Crysis lief garantiert nicht )
]

Wir hatten die große Ehre, die Funktion dieses Schnuckelchens von Herrn Zuses Sohn in Persona erläutert zu bekommen.

Zitat von Johnny Bravo

Perfekt wäre es, wenn im letzten Bild "Heatspreader" statt "Headspreader stehen würde.

Aber sonst sehr schön und nützlich.

Done.

Ich freue mich erst einmal das hier ein Reges Interesse besteht.

Nochmal danke für die ganzen Danksagungen.

Und wie gesagt, wenn es Fehler gibt bitte darauf aufmerksam machen. Ich bin für jede Art von Verbesserung offen.

Mfg Agena

*push*

Ich möchte mehr Kritiken sehen.

Gefällt mir gut, das bringt einen die Technik die man tagtäglich verwendet näher. Nicht umsonst hast du nicht nur von mir ein danke bekommen

*push*

Wie gesagt, bin offen für Kritiken.