随着纳米科技的发展,集成电路被推上发展风口,硅基芯片的体积变得越来越小,里面包含的晶体管也越来越多,根据摩尔定律,意味着性能也变得越来越强。拿目前苹果公布的A13处理器来说,里面就包含85亿个晶体管,根据苹果称,该处理器的运算性能能达到1万亿次/秒,目前在售的手机芯片中,属于顶真个存在。
那么一个只有1cm平方大小的芯片,是如何上亿的晶体管安装上去的,在很多人来看以为这是一个不可思议的事情。但是在理解了制作工艺后,大家可能以为就没有那么繁芜了。
芯片的制作要先从最大略的沙子提及,芯片中须要用到的晶圆便是由沙子中提炼而成的,而选择沙子的缘故原由紧张是沙子中的硅含量非常高,而且也是最经济实惠的一款材料(这也解答了很多网友疑问的,为什么美国人那么聪明,怎么想到用沙子来做芯片的缘故原由了,实在都是通过不同的测试得出来的结论)。
晶圆的制作—硅圆提炼和打磨
通过将沙子的杂质和其他物质,比如钙镁锌等剔除之后,再通过碳氧化工艺可以提炼出一个比较纯净的硅,而想要得到一个想要制作芯片的硅棒,就必须多次提炼,使其的硅纯度达到99.999%以上,并且经由严格工艺的打磨,末了形成一个圆形的硅棒。
第二阶段:硅基芯片的制作(一)切片
提纯之后的硅棒想要变成硅圆,我们须要将其进行切片,切片加工完成之后的便是硅圆,单个硅圆根据大小不同,最大的可以达到450mm。也就意味着单次能够生产出更多的芯片。
抛光、覆光刻胶
抛光的目的是为了能让晶圆的表面更加光滑,这也是为了担保后面芯片加工出来的合格率,一样平常晶圆的表面平整度在0.2nm以上,表面比镜子还要亮。打磨完成之后就须要滴上光刻胶了,这样的目的是为了让曝光的地方通过紫外线的照射后更随意马虎溶解。
光刻
光刻便是将设计好的电路通过粉饰板照射在晶圆上。用透镜将电路图缩小,这种办法类似于投影的办法,只不过这个是缩小形式的。
显影
光刻完之后,通过显影工序就能将被光刻胶照射过的地方冲洗掉,没有被照射过的地方就会被完全地保留下来。
刻蚀
接下来便是刻蚀了,在这个步骤中没有被光刻胶保护的氧化硅和氮化硅部分会被堕落掉。在进行多次堕落之后,会填入一层二氧化硅作为绝缘层,这个全体电路就被蚀刻出来了。
离子注入
用同样的方法,在圆晶上涂上光刻胶,再利用光刻、显影技能,把须要离子注入的部分空出来,其他部分通过光刻胶保护。通过离子束注入到袒露的硅基底上(上图灰色部分),从而改变硅表面的极性。
第三阶段:连接各个晶体管
以上工序完成后,晶体管就算完成了,但是想要这些晶体监工作起来,就须要将这些线路连接起来,通过注入金属钨或者铜作为导线添补到芯片的电路中。如果这个芯片是多层的,那么可能要重复多遍上面的工艺才能制作出来。
第四阶段:测试封装
末了便是将芯片进行切割得到die,末了通过测试之后,将这些die进行分类,不良品须要丢弃,而有缺陷的产品可以通过屏蔽核心或者其他办法进行分类。屏蔽核心后连续测试合格的将按照不同的性能和功能进行出售。