从沙子到芯片

从沙子到芯片 从沙子到芯片:且看处理器是怎样炼成的 可以说，中央处理器(CPU)是现代社会飞速运转的动力源泉，在任何电子设备上都可以找到微芯片的身影，不过也有人不屑一顾，认为处理器这东西没什么技术含量，不过是一堆沙子的聚合而已。是么,Intel今天就公布了大量图文资料，详细展示了从沙子到芯片的全过程，简单与否一看便知。 简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。 下边就图文结合，一步一步看看: 沙子:硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25,的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。 硅熔炼:12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。 单晶硅锭:整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999,。 第一阶段合影 硅锭切割:横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧, 晶圆:切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，面甚至可以当镜子。事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。 第二阶段合影 从沙子到芯片:且看处理器是怎样炼成的 2009-07-09 09:39:33 来源: 驱动之家MyDrivers(北京) 跟贴 102 条 手机看新闻 光刻胶(Photo Resist):图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。 光刻:光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。 光刻:由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。 第三阶段合影 溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致。 蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。 清除光刻胶:蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。 第四阶段合影 光刻胶:再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。 离子注入(Ion Implantation):在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。 清除光刻胶:离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂，注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。 第五阶段合影 晶体管就绪:至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。 电镀:在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。 铜层:电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。 第六阶段合影 抛光:将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。 金属层:晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。