Chế tạo bộ xử lý bằng Silic on Insulator

Một công nghệ hay được sử dụng trong sản xuất chip được gọi là silic chất cách ly (SOI: Silic On Insulator) – nghĩa là chất nền vi mạch silic- chất cách ly.

Nghĩa là silic được xếp theo lớp để làm giảm điện dung thiết bị đi theo, do vậy giảm sự dò rỉ điện và cải thiện tốc độ. Cụ thể, AMD dùng SOI cho nhiều bộ xử lý của họ từ năm 2001.

Quá trình chế tạo bằng silic on insulator

Một miếng silic hoàn tất có nhiều chip được in trên nó. Bởi vì mỗi chip thường là hình vuông hay hình chữ nhật nên có phần không được sử dụng tại những gò của miếng silic, nhưng mỗi bước thử nghiệm đều cố gắng để sử dụng được từng milimét vuông bề mặt.

Công nghệ phát triển thông qua vài thời kỳ chuyển tiếp trong chế tạo con chip. Khuynh hướng trong công nghệ sử dụng cả hai: những miếng silic lớn hơn và quy trình sản xuất nhỏ hơn. Quy trình ở đây chỉ ra kích cỡ và không gian đường của các mạch đơn, các bóng bán dẫn trên con chip, trong khi kích cỡ miếng silic cho biết đường kính của các miếng trên đó các con chip được in dấu.

Vào năm 2002 sản xuất chip đưa các miếng silic đường kính từ 200mm (8”) lên đến 300mm (12”). Những miếng silic 300mm cho phép tăng gấp đôi số lượng chip được thực hiện so với miếng silic 200mm. Thêm nữa sự chuyển dịch đến các quy trình nhỏ hơn và nhỏ hơn nừa cho phép nhiều bóng bán dẫn được kết hợp vào khuôn chip.

Chip Pentium 4 điển hình

Như một ví dụ của điều này có thể tác động đến một chip riêng biệt như thế nào, hãy xem Pentium 4. Các miếng vi mạch (wafer) dùng cho Pentium 4 giới thiệu vào tháng 10 năm 2000 có đường kính 200mm (8″), cho một diện tích 31,416 milimét vuông. Phiên bản đầu tiên của Pentium 4 dùng nhân Willamette, với 42 triệu bóng bán dẫn được xây dựng trên quy trình 0.18-micron dùng các lớp kết nối nhôm, có khuôn diện tích 217 milimét vuông. Sau khi tính đến không gian khuôn và sự mất một phần khuôn quanh các rìa, lên tới 101 khuôn đầy đủ được in dấu trên một miếng 200mm (8″).

Vào tháng 1 năm 2002 Intel bắt đầu sản xuất các bộ xử lý Pentium 4 dùng nhân Northwood, với 55 triệu bóng bán dẫn được xây dựng trên quy trình 0.13 micron dùng các lớp kết nối đồng, có khuôn diện tích 131 milimét vuông. Northwood có gấp đôi bộ nhớ đệm L2 (512KB với 256KB) so với Willamette, là lý do sổ bóng bán dẫn cao hơn. Mặc dù với nhiêu bóng bán dẫn, quy trình 0.13 micron dẫn đến một khuôn nhỏ hơn 60%, cho phép lên tới 177 khuôn đầy đủ vừa vặn trong miếng 200mm (8″).

Sau đó năm 2002 Intel bắt đầu sẵn xuất các chip Norusnvood trên các miếng 300mm (12″), có diện tích bề mặt 70,686 milimét vuông. Điều này gấp 2.25 diện tích bề mặt miếng 200mm (8″), cho phép nhiều hơn gấp đôi số chip cho mỗi miếng silic. Trong trường hợp của Pentium 4 Northwood, lên tới 449 khuôn đầy đủ được in dấu trên một miếng 300mm. Kết hợp sự thay đổi khuôn Northwood nhỏ hơn với sự sử dụng các miếng 300mm lớn hơn, năm 2002 Intel sẵn xuất gần 4.5 lần các chip Pentium 4 cho mỗi miếng hơn lúc Pentium 4 đầu tiên được sản xuất.

Công nghiệp bắt đầu chuyển động đến quy trình 90 nanometer (0.09-micron) năm 2004, 65 nanometer năm 2006 và 45 nanometer năm 2008. Chuyển dịch mới nhất là đến 32 nanometer năm 2010, cho phép các bộ xử lý với (giữa) 1 đến 2 tỉ bóng bán dẫn được sản xuất.

Những cái này được thực hiện trên các miếng vi mạch 300mm do chuyển dịch miếng kế tiếp không xảy ra cho đến năm 2014, khi đó chuyển dịch tới miếng vi mạch 450mm sẽ có thể xảy ra.