Como se hace un microprocesador?, esa fue una pregunta que tuve durante mucho timepo, para todos los que puedan tener la misma... les dejo esta mini guia explicativa...

Esta seria una mini guia explicativa sobre como se fabrica un microprocesador ademas de otros circuitos integrados.
Partiremos desde un pedazo de silicio y vamos a terminar en un artefacto con millones y millones de transistores.

1 – Armando el “wafer” o matriz.

Los CPU`s estan hechos en su mayoria de un elemento llamado silicio. El silicio es un elemento quimico no metalico, cuyo numero atomico es el 14 y esta situado en el grupo 4 de la tabla periodica de los elementos. Es el elemento mas abundante en la corteza terrestre (27,7%) después del oxigeno. Se presenta en dos formas, la primera, la “amorfa” es un producto parduzco y mas activo que la segunda variante; la cristalina, la cual se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metalico. Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En su forma cristalina es muy duro y poco soluble. Es un elemento inerte relativamente y resiste a la accion de la mayoria de los acidos, pero reacciona con los halogenos y álcalis diluidos.
El silicio transmite mas del 95% de las longitudes de onda de la rad infrarroja.
El silicio es un semiconductor, lo cual significa que dependiendo de que materiales se le agreguen (en forma de aleaciones) puede actuar como “conductor” cuando un voltaje es aplicado al mismo.

(GUIA) - Como se fabrica un microprocesador.

El primer paso para fabricar un CPU es el armado del wafer en el que se construyen. Este proceso comienza con la fundicion del silicio junto con otros elementos eléctricamente activos, como por ejemplo el arsénico, el boro, el fosforo. Todo esto se funde dentro de un cubiculo de cuarzo (ya que no se fundira a altas temperaturas el cuarzo), una vez que la mezcla ha alcanzado la temperatura deseada (a veces llega a superar los 900 ºC) se le inserta un pedazo de silicio cristalizado o “semilla”. La mezcla es enfriada lentamente a la temperatura requerida y la cristalizacion comienza alrededor de la semilla. Mientras la cristalizacion continua, la semilla es lentamente extraida de la mezcla y es rotada lentamente. (esto se hace para normalizar las temperaturas.) y se le da una forma de lingote.

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Para ser util este lingote debe ser MUY puro, por eso se eliminan los bordes junto con el principio y final del lingote, luego se le hacen pequeños ajustes a su diámetro.
Seguimos con el corte de los wafers propiamente dicho, el mismo se realiza desde el lingote, preferiblemente desde su centro ya que se garantiza la mayor pureza alli y tienen un grosor de aproximadamente 1-2mm, este corte se realiza con una micro cierra de cable. Los bordes de estos wafers son lijados y se les termina de acentar su forma “redondeada” para evitar roturas.
Luego los wafers son esmerilados y pulidos tanto mecanica como químicamente produciendo una superficie extremadamente plana y un acabado estilo espejo.
Para terminar los wafers pasan por un proceso llamado “annealing” el cual consiste en un someter a las piezas a un calentamiento extremo para remover cualquier defecto o impureza que pueda haber llegado a esta instancia.
Recien ahí empieza la parte del “escrutinio”, el cual, en primera instancia se realiza mediante un rayo laser que ayuda a detectar cualquier defecto (por mas que sea de milésimas de un micron) que pueda tener la superficie del wafer.

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Una vez hecho esto, se le agrega al wafer una capa de cristal lalmada “epilayer”.
Ahora el wafer esta en condiciones de pasar al proceso de “etching” o desambiguación.



La desamiguacion o “etching” es un proceso en el cual se “cortan” pequeñas partes desprotegidas de un elemento para generar patrones o diseños. Pâra dicho fin se utilizan acidos muy fuertes.

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1 - Oxido: Una capa de oxido es implantada en el wafer. Esto frecnuetemente se logra al exponer al wafer a vapor a muy altas temps.
2 - Fotoresistencia: Una capa organica fotoresistente es aplicada.
3 - Enmascaramiento: Una mascara es aplicada y una luz UV (ultravioleta) se filtra entre las pequeñas "ranuras".
4 - Limpieza: La mascara es limpiada con un solvente organico.
5 - "Etching": Acido hydroflurico es usado para emparejar el oxido de silicio, ya que el acido es inorganico, no afecta la capa fotoresistente (que es organica)
6 - Limpieza 2: El remanente fotoresistente es lavado, el wafer esta ya listo para añadir contactos.


2- Fabricando el transistor:

(GUIA) - Como se fabrica un microprocesador.

(A) El wafer tipo P (silicio aliado con boro) tiene un “epilayer” del tipo N (silicio con fosforo o arsénico)
(B) Una mascara es utilizada para “implantar” dioxido de silicio a modo de aislante.
(C) Se esparcen atomos receptivos (generalmente de boro) sobre el dioxido de silicio.
(D) Usando otra mascara se agrega mas dioxido de silicio junto a dadores o donantes de atomos (generalmente elementos como el arsénico con un exceso de electrones).
(E) Una ultima mascara es usada para implantar otra capa de dioxido de silicio junto con aluminio o cobre evaporados para los contactos. Esto seria un BJT ( Bipolar Junction Transistor)

Transistores MOS

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Estos transistores son usados en microprocesadores y en memorias. Ellos requieren menos energia que los transistores BJT, pero estan hechos de casi la misma manera.

Todo este trabajo se realiza en “clean rooms” o mejor dicho en ambientes completamente esteriles, con sistemas de ventilación y filtrado ionico de precision ya que aun la mas minima particula de polvo puede destruir todo un wafer. Los trabajadores usan trajes esteriles (como los de las películas) para evitar que las particulkas de polvo y de piel se mezclen en este ambiente controlado.

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3 – Wafer lleno de chips – el armado del procesador.

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Este es un wafer terminado, muchisimos chips saldran de uno de estos wafer de 300mm

Una vez que el wafer lleno de chips esta terminado, cada uno de dichos chips son testeados mientras aun se encuentra en el wafer. Si se encuentra uno defectuoso sera marcado para evitar su uso, la mayoria de estos chips defectuosos son los que se encuentran cerca de los bordes del wafer (estos seran utilizados para las segundas lineas de productos, dependiendo del grado de “impureza” o de falla), los mejores son los que se encuentran en el area central del wafer (estos seran destinados a los modelos mas performantes de la familia de procesadores e incluso para testeos de temperatura extrema y para uso militar o industrial)



El wafer es cortado y cada chip es individualizado. Estos chips luego seran unidos al “paquete” que se encuentra en cada una de nuestras PC`s, se le adicionaran extras como la memoria cache y demases.

El producto final tardara aproximadamente 3 meses para ser completado (tiempo que demora todo el proceso) y cuando esta terminado, el producto final (CPU) con mas de cientos de millones de transistores es realmente impresionante por donde se lo mire.

(GUIA) - Como se fabrica un microprocesador.

Como es bien sabido (y en caso de no saberlo, lo mensiono por las dudas), hay varias formas de “construir” un microprocesador. La que estuvimos viendo es la clasica, aunque hay adelantos cada dia… ahora les voy a presentar algunas de las “Nuevas Tecnologías” y algunas “no tan nuevas – pero muy eficientes”

Silicon On Insulator (SOI) – Esta es una tecnología de manufactura donde una capa aislante es creada en un wafer de silicio, aislando la capa externa donde los transistores activos seran manufacturados, de el resto del wafer. La capa de oxido actua como una barrera que reduce la electromigracion de los transistores, resultando en semiconductores que son mucho mas rapidos y mas eficientes energéticamente.
Estos beneficios hacen del sistema SOI una tecnología muy valorada por los fabricantes de chips, produciendo chips para aplicaciones de altisima performance como los destinados para servidores de alto desempeño y estaciones de trabajo, entre tantos otros.

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SOI no es para nada un concepto nuevo, se uso por ejemplo en equipos como la COSMAC 1802 de RCA en el año 1976 ( si recuerdan bien, estos equipos de usaron en misiones como Pioneer, Voyager y Galileo de la NASA)


Inmersion Litografica – La inmersion litografica es un metodo de aumento de proyeccion que ubica un liquido entre la capa cristalina o lente y el wafer. La refraccion adicional de la luz pasando atravez del liquido sirve para maximizar la resolucion alcanzable por la luz proyectada. IBM pienza que este proceso litografico podria habilitar herramientas para producir circuitos mas pequeños que los 45nm.

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Low-K dielectrics – Los LKD son utilizados para formar una capa aislante entre interconexiones dentro de un circuito integrado.
Cuanto mas bajo es el valor de “K”, mejor es el factor de aislamiento. Esto busca poder llegar a hacer circuitos integrados complejos con solo aire entre los cables (SON Silicon On Nothing). Como resultado, los investigadores estan examinando materiales dielectricos que sean lo mas porosos posibles (para maximizar el monto de aire) y a su vez lo suficientemente resistentes para soportar los rigores del proceso de fabricación del wafer.
La mayoria de los materiales dielectricos son insertados en los chips mediante un proceso de “girado” o por medio de CVD (Chemical Vapor Deposition)
Novellus ha introducido un material con un valor K de 1.7, lo cual es considerablemente mejor que los materiales dielectricos utilizados actualmente se espera que este nuevo material sea utilizado regularmente en los años proximos. Novellus utiliza el sistema CVD para insertar el material dielectrico en espacios MUY reducidos. Cuanto mejor es el material dielectrico, menor es el espacio requerido lo cual decanta en partes mas pequeñas, frias y rapidas.

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Strained Germanium – El Germanio es un subproducto deribado del procesamiento del Zinc, es un elemento MUY duro, con la misma estructura cristalina del diamante. Es un semiconductor casi perfecto, con propiedades electricas bien balanceadas entre transmición y aislamiento, su uso como transistor fue clave en el avance de los componentes electronicos de estado solido.
El Germanio ha sido utilizado en pequeñas dosis por muchisimas companias, incluyendo IBM (en un proceso de fabricación existente llamado “strained silicon” ).
En el proceso “SS” de IBM una mezcla de Germanio y silicio es posicionada junto a una capa de silicio puro, lo cual provoca que los atomos de silicio se alineen con los atomos de Germanio, esto abre un camino mas amplio que permite que mas electrones fluyan dentro del circuito.
Por mucho tiempo los investigadores han sabido que el Germanio es mucho mejor conductor de electricidad que el silicio, pero todavía no han descubierto como armar altas concentraciones de Germanio dentro de los chips o como incluirla en mayores cantidades dentro del proceso de fabricación. Esto hace que se reevaluen los actuales procesos de fabricación ya que en un corto plazo, seran inútiles para continuar progresando en la escalabilidad de los chips.
IBM ha conseguido un forma (todavía en estudio) de poder lograr lo dicho anteriormente permitiendo conseguir concentraciones hasta 3 veces superiores de Germanio en sus chips.

(GUIA) - Como se fabrica un microprocesador.

EUV Extreme Ultraviolet – Es un proceso litografico de onda extremadamente corta (13nm), esto permite utilizar mascaras mas pequeñas, se esta avanzando en una nueva forma de litografia llamada X-Ray lithography, la cual es una evolucion de la UV con ondas aun mas pequeñas.

SIMOX Separation by Implantation of Oxygen – SIMOX es una radical nueva forma de fabricación, opera creando una capa o film perfectamente lisa de menos de 15 micrones de dioxido de silicio SOI
Este nuevo SOI prácticamente no presenta ningun tipo de imperfecciones o impurezas mientras mantiene unas altas tasas de potencia.
El proceso SIMOX involucra tambien la inyeccion directa de Oxigeno purificado dentro del wafer de silicio a temperaturas extremadamente altas, este oxigeno se fucionara con el silicio formando finas capas de oxido de silicio. Este relativamente perfecto silicio permite la fusion directa de substrato puro cristalino en el silicio, mejorando sus propiedades.

Bueno, trate de no extenderme demaciado, espero les guste y les sea util esta mini guia… para los que saben, puede ser como material de consulta, y para los que no, una manera de aprender y entender los componentes de nuestra pasion… la informatica.

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