Nota: Nosso recurso areia para chips de silício foi totalmente atualizado. Este artigo foi publicado pela primeira vez em maio de 2009.

Coisas estranhas acontecem nas florestas - especialmente na Floresta do Silício, como Hillsboro, no Oregon, tornou-se conhecido. É aí que a D1X, a maior fábrica de fabricação operacional da Intel, está baseada - e é onde o que uma vez parecia um milagre de engenharia é realizado o dia todo, todos os dias.

O D1X é o local onde os processadores medem apenas 14 milionésimos de milímetro, prontos para serem enviados para fabricantes de placas-mãe e PCs em todo o mundo. A coisa surpreendente sobre o D1X não é o modo como a Intel produz processadores cada vez mais diminutos. É o que eles são feitos.

Todo o negócio é construído na areia.

Existem mais de 300 passos para transformar areia em silício, mas você pode agrupá-los em 10 áreas principais. Se você não pode imaginar como as coisas que você faz com castelos de areia podem se tornar um processador Kaby Lake, prepare-se para se surpreender ...

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Primeiro passo: pegue um pouco de areia

Como você provavelmente já adivinhou, os fabricantes de chips não se dirigem para a praia mais próxima com JCBs nem fazem pedidos em massa com o comerciante local de construtores. A areia normal e a areia utilizada na indústria da construção são geralmente de cor vermelha, amarela ou laranja devido à presença de impurezas. O que os fabricantes de chips precisam é de areia de sílica, que você normalmente obtém de pedreiras.

A areia de sílica também é conhecida como dióxido de silício, e como você provavelmente adivinhou pelo nome, é um composto de silício e oxigênio. Para obter o silício, o oxigênio é removido misturando-o com carbono e aquecendo-o em um forno elétrico a temperaturas superiores a 2.000 graus C. Nessas temperaturas o carbono reage com o oxigênio, tornando-se dióxido de carbono e deixando o silício puro no fundo o forno. Esse silício é então tratado com oxigênio para remover impurezas como cálcio ou alumínio, deixando o que é conhecido como silício de grau metalúrgico. Isso é até 99% puro.

Infelizmente para os fabricantes de chips, isso ainda não é puro o suficiente para atender aos requisitos dos microprocessadores microscópicos. Assim, o silício de grau metalúrgico é refinado ainda mais, desta vez moendo-o em um pó fino, adicionando cloreto de hidrogênio e aquecendo-o em um reator de leito fluidizado a 300 graus C. Isso cria um composto de silício líquido chamado tricholrosilane, e também cria cloretos de elementos indesejáveis, como ferro, alumínio, boro e fósforo. Estes são removidos por destilação fraccionada e o triclorosilano é vaporizado em hidrogénio a 1000º C. Um bastão de silício ultra-puro, electricamente aquecido, recolhe o silício e o resultado é silício de qualidade electrónica. Sua pureza: 99,999999%.

Acontece que este foi o bocado fácil.

Etapa 2: faça alguns cristais

Silício de grau eletrônico ainda não é perfeito, porque tem uma estrutura policristalina. Isso significa que é composto de muitos pequenos cristais de silício, e as junções entre esses cristais podem sofrer de defeitos conhecidos como limites de grão. Essas fronteiras podem causar caos com sinais eletrônicos, então a estrutura do silício tem que ser alterada.

O processo de fazer isso é chamado de Processo Czochralski, e envolve a fusão do cristal de silício em um cadinho de quartzo a pouco mais de 1.414 graus Celsius. Um minúsculo cristal de silício é então mergulhado no silício fundido, e é retirado enquanto girando constantemente na direção oposta à rotação do cadinho. Isso atrai o silício do cadinho, criando o que é conhecido como boule. Um boule é uma haste feita de um único cristal de silício, e seu tamanho depende da temperatura, da taxa de rotação e da taxa na qual o cristal é retirado do líquido. Um boule típico terá cerca de 300mm de diâmetro.

Etapa 3: corte suas bolachas

A haste de silício circular é agora cortada em wafers, e essas bolachas são cortadas tão finas quanto possível sem torná-las incapazes de sobreviver ao processo de fabricação. A haste é cortada com um dispositivo que funciona como um fatiador de ovos, cortando várias fatias simultaneamente para criar bolachas com 0,775 mm de espessura. O fio move-se constantemente e transporta uma pasta de carboneto de silício, o mesmo material abrasivo que é usado para fazer uma lixa úmida e seca. As bordas afiadas das bolachas são então suavizadas para evitar que lascem.

Em seguida: lapidação, onde as superfícies das bolachas são polidas usando uma pasta abrasiva até que as bolachas estejam planas para uma tolerância de dois milésimos de milímetro. Depois disso, a bolacha é gravada com uma mistura de ácidos nítrico, hidrofluórico e acético para criar uma superfície ainda mais suave.

Etapa 4: fazer padrões

As bolachas super-lisas receberão agora uma camada de óxido, que é usada para criar as características necessárias do circuito. Isso é feito seletivamente em áreas específicas e pode envolver o uso de feixes de íons, gases quentes e / ou produtos químicos.

Uma vez que esse produto químico é conhecido como "fotorresistente", e é amplamente semelhante aos produtos químicos usados ​​para fazer filmes fotográficos. Infelizmente, isso não combina muito bem com os tratamentos com gás quente, então a bolacha precisa ser mascarada. Isso é feito aplicando-se uma camada de óxido padronizada que garante que os gases não atinjam as partículas fotorresistentes que o projetista de chips deseja manter..

Pode haver até seis etapas neste processo:

  • A bolacha é aquecida a uma alta temperatura em um forno, criando uma camada de dióxido de silício à medida que o silício reage com o oxigênio
  • Uma camada de fotorresistente é aplicada, com a bolacha girada no vácuo para garantir uma cobertura uniforme e, em seguida, seca a seco
  • A bolacha é exposta à luz UV através de uma máscara fotográfica ou filme, uma vez para cada chip ou grupo de chips na bolacha. A bolacha é movida entre cada exposição usando uma máquina chamada 'stepper'
  • Uma solução alcalina é aplicada, dissolvendo as seções de fotoresistentes que foram expostas à luz UV. Essas seções são lavadas
  • O ácido hidroflourico é usado para dissolver as partes da camada de óxido onde o fotoresistente foi lavado
  • Um solvente é aplicado para remover o fotoresistente restante, deixando uma camada de óxido padronizada na forma das características de circuito necessárias