Obs! Vår funktion för sand till kiselchips har uppdaterats fullständigt. Den här artikeln publicerades först i maj 2009.

Konstiga saker händer i skogar - särskilt Silicon Forest, som Hillsboro i Oregon har kommit att vara känd. Det är där D1X, Intels största operativa tillverkningsanläggning är baserad - och det var där som en gång verkade som ett mirakel av teknik utförs hela dagen varje dag.

D1X är där processorer som mäter bara 14 miljoner av en millimeter tvärs är gjorda, redo att skickas till moderkort och PC-tillverkare över hela världen. Det fantastiska med D1X är inte hur Intel gör någonsin mindre dimensionerande processorer. Det är vad de är gjorda av.

Hela verksamheten är byggd på sand.

Det finns mer än 300 steg för att förvandla sand till kisel, men du kan gruppera dem i 10 nyckelområden. Om du inte kan föreställa dig hur de saker du gör sandslott med kan bli en Kaby Lake-processor, förbered dig för att bli förvånad ...

  • Kolla även ut: 10 CPUer som ändrade databehandling

Steg ett: Få lite sand

Som du antagligen har gissat, leder inte chipmakare till närmaste strand med JCB eller placera bulkorder med den lokala byggherrarnas köpman. Normal sand och sanden som används i byggindustrin är vanligtvis färgad röd, gul eller orange på grund av förekomsten av föroreningar. Vad chipmakare behöver är kiselsand som du vanligtvis får från stenbrott.

Kiselsand är också känd som kiseldioxid, och som du utan tvekan gissat från namnet är det en förening av kisel och syre. För att få kiseln avlägsnas syret genom att blanda det med kol och värma det i en elektrisk ljusbågsugn till temperaturer över 2000 grader C. Vid dessa temperaturer reagerar kolet med syre, blir koldioxid och lämnar rent kisel i botten av ugnen. Det kislet behandlas sedan med syre för att avlägsna föroreningar, såsom kalcium eller aluminium, vilket lämnar det som kallas metallurgisk kvalitetskisel. Det är upp till 99% rent.

Tyvärr för chipmakarna är det fortfarande inte tillräckligt rent för att uppfylla kraven för mikroskopiska mikroprocessorer. Så raffineras metallurgisk kisel vidare, den här gången genom att slipa den i ett fint pulver, tillsätta väteklorid och värma det i en fluidiserad bäddreaktor vid 300 grader C. Detta skapar en flytande kiselförening som kallas tricholrosilan och det skapar också klorider av oönskade element som järn, aluminium, bor och fosfor. Dessa avlägsnas genom fraktionerad destillation och triklorosilan förångas i väte vid 1 000 grader C. En elektriskt uppvärmd, ultrahärdig silikonstång samlar kisel och resultatet är kisel av elektronisk kvalitet. Dess renhet: 99,999999%.

Det visar sig att det var det enkla.

Steg 2: Gör några kristaller

Elektroniskt kvalitetssilikon är fortfarande inte perfekt, eftersom det har en polykristallin struktur. Det betyder att det består av massor av små kiselkristaller, och kopplingar mellan dessa kristaller kan drabbas av brister som kallas korngränser. Dessa gränser kan orsaka kaos med elektroniska signaler, så silikonens struktur måste ändras.

Processen att göra det kallas Czochralski-processen, och det innebär att smälta kiselkristallen i en kvarts smältkropp vid strax över smältpunkten 1414 grader C. En liten silikonkristall doppas sedan in i det smälta kislet och det dras ut medan roterar ständigt i motsatt riktning till degelns rotation. Detta lockar kisel från digel och skapar det som kallas en boule. En boule är en stång tillverkad av en enda kiselkristall, och dess storlek beror på temperaturen, snurrhastigheten och den hastighet vid vilken kristallen dras från vätskan. En typisk boule kommer att vara runt 300 mm över.

Steg 3: Skär dina skivor

Den cirkulära kiselstången skärs nu i skivor, och de skivorna skärs så tunna som möjligt utan att göra dem oförmögna att överleva tillverkningsprocessen. Stången skärs med en enhet som fungerar som en äggskivare, skär flera skivor samtidigt för att skapa skivor 0,775 mm tjocka. Tråden rör sig hela tiden och bär en uppslamning av kiselkarbid, samma slipmedel som används för att göra våt och torr sandpapper. Skivans skarpa kanter släpas sedan för att förhindra att de skar.

Nästa upp: lappning, där skivans ytor är polerade med en slipande slam tills skivorna är plana till en tolerans på två tusendels millimeter. Därefter etsas skivan med en blandning av salpetersyra, fluor och ättiksyra för att skapa en jämnare yta.

Steg 4: Gör mönster

De superlila skivorna kommer nu att ges ett oxidskikt som används för att skapa kretsens nödvändiga egenskaper. Detta görs selektivt till specifika områden, och kan innebära användning av jonbalkar, heta gaser och / eller kemikalier.

När en sådan kemikalie är känd som "fotoresist", och det är stort sett liknande de kemikalier som används för att göra fotografisk film. Tyvärr klarar det inte mycket bra med heta gasbehandlingar, så skivan måste maskeras. Detta görs genom att applicera ett mönstrade oxidskikt som säkerställer att gaserna inte når de fotoresisterade bitarna som chipdesignern vill behålla.

Det kan vara upp till sex steg i den här processen:

  • Skivan värms till en hög temperatur i en ugn, vilket skapar ett skikt av kiseldioxid, eftersom kiseln reagerar med syre
  • Ett skikt av fotoresist appliceras, med skivan spunnet i ett vakuum för att säkerställa jämn täckning och sedan bakas torr
  • Skivan utsätts för UV-ljus genom en fotografisk mask eller film, en gång för varje chip eller kluster av chips på skivan. Skivan flyttas mellan varje exponering med en maskin som kallas en "stepper"
  • En alkalisk lösning appliceras, vilket löser upp de sektioner av fotoresist som utsattes för UV-ljuset. Dessa sektioner tvättas bort
  • Hydrofloursyra används för att lösa upp delar av oxidskiktet där fotoresisten har tvättats bort
  • Ett lösningsmedel appliceras för att avlägsna återstående fotoresist, vilket lämnar ett mönstrat oxidskikt i form av de erforderliga kretsfunktionerna