Мы так привыкли к миниатюрным носителям памяти, которые вмещают десятки и сотни гигабайт, что даже не задумываемся о том, как они работают и из чего они сделаны. Между тем, создание твердотельного накопителя — долгий и трудоемкий процесс, начинающийся с добычи песка и заканчивающийся высокотехнологичными операциями, выполняющимися в стерильной чистоте на дорогостоящем оборудовании. Разберем подробнее наиболее важные этапы этого процесса.
Основным материалом для производства чипов памяти служит кремний — полупроводник, благодаря своим свойствам нашедший широкое применение в электронике. Больше этого материала в виде диоксида кремния (SiO2) содержится в кварцевом песке. После добычи песок проходит поэтапную очистку от примесей с помощью воздействия различных веществ и высоких температур. В результате получается кремний высокой чистоты, но этого еще не достаточно.
Чтобы получить кремний электронного качества, нужно получить монокристалл кремния с подходящей для создания микросхемы структурой. Для этого в течение 140 дней (больше четырех месяцев!) очищенный кремний наращивают на стержень, постепенно вытягивая его из емкости. Полученный в результате кристалл кремния настолько очищен от примесей, что допускается только один чужеродный атом на каждый миллиард атомов кремния. Болванка монокристалла весит около 100 килограмм, при этом чистота кремния составляет 99,9999 процента.
Из-за сложности производства и себестоимости ни одна страна не производит полупроводники от начала до конца. Процесс производства разделен между заводами нескольких стран.
Далее болванка переходит на стадию пиления, когда из нее с помощью алмазных нитей вырезаются тончайшие отдельные диски кремния, называемые подложками (или «вафлями», wafers). Толщина диска составляет 250–1000мкм, а диаметр до 450мм.
После вырезания подложки полируются, пока их поверхность не достигнет зеркально гладкого состояния.
Затем на кремниевую пластину-подложку последовательно, один за другим, на высокотехнологичном оборудовании производят напыление технологических слоев. Этот процесс образует в объеме полупроводникового «пирога» нужные электронные компоненты, такие как: транзисторы, резисторы, конденсаторы и простые проводники. Этот этап производства проходит в условиях идеальной стерильности: сотрудники носят специальные костюмы, а воздух в помещении постоянно очищается от пыли.
Готовые подложки тестируются на так называемых установках зондового контроля. Они работают со всей подложкой. На контакты каждого кристалла накладываются контакты зонда, что позволяет проводить электрические тесты.
В дальнейшем пластины разрезают на кристаллы, которые являются основой для изготовления микросхем памяти.
Затем необходимо провести проводные соединения, связывающие контакты, ножки упаковки и сам кристалл. Для этого могут быть использованы золотые, алюминиевые или медные соединения. Подобные технологические процессы в настоящее время могут осуществить лишь несколько предприятий, такие как Intel, AMD, Hitachi, Samsung, Toshiba.
Несмотря на совершенную вакуумную гигиену, беспылевое исполнение машин и рабочей одежды персонала, 100 процентного качества достичь не удается никогда. Даже малая доля примесей, пылинки, окислы способны привести полупроводники в негодное состояние. Теоретически, каждый чип по выходу с производственной линии должен быть проверен на надежность и быстродействие в соответствии со спецификацией. Чипы, показавшие устойчивую работу на всех тестах, относятся к классу А, чипы с небольшими дефектами будут отнесены к классу С, а чипы, имеющие значительные дефекты, обычно уничтожаются.
Чипы класса А наиболее надежны и считаются чипами высшего качества. Они являются наиболее дорогими, потому что обеспечивают устойчивую работу в любых условиях. Чипы класса С применяются в изделиях, не столь требовательных к системной памяти, например, в калькуляторах и другой бытовой технике.
Как видите, создание одного только чипа памяти для твердотельного накопителя — невероятно высокотехнологичный, сложный и дорогостоящий процесс, который занимает несколько месяцев. От качества этого элемента во многом зависит надежная работа сделанного на его основе хранителя данных, а следовательно - сохранность размещенной информации. При этом чип памяти — не единственная важная деталь твердотельного накопителя, но об этом — в следующих статьях!