簡單地說,處理器的制造過程可以大致分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟,而且每一步里邊又包含更多細致的過程。
1:中央處理器(CPU)是一塊超大規模的集成電路,是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據,這也是迄今為數不多無法山寨的物品。當然,CPU的制造過程也代表了當今世界科技發展的最高水平。
2:硅是地殼內第二豐富的元素,沙子中含有25%的硅,是地殼中第二多元素,在經過氧化之后就成為了二氧化硅,在沙子中,尤其是石英中二氧化硅的含量非常高,這就是制造半導體的基礎。
3:在采購原材料沙子后,將其中的硅進行分離,多余的材料被廢棄,再經過多個步驟進行提純,以最終達到符合半導體制造的質量,這就是所謂的電子級硅。它的純度是非常大的,每10億個硅原子中只有一個是不符合要求的。
4:一個被鑄成錠后的電子級硅的單晶體,重量大約為100千克,硅的純度達到了99.9999%。
5:鑄好硅錠后,將進入切割階段,將整個硅錠切成一片一片的圓盤,也就是我們俗稱的晶圓,這樣求切割出來的是非常薄的,隨后,晶圓就要進行拋光,直至完美,表面如鏡面一樣光滑。
6:晶圓上涂上藍色液體,這是類似膠片拍照時的光阻劑,晶圓不停旋轉,以使其將液體均勻涂抹在晶圓上,并且涂層也是非常薄的。
7:用紫外光照射晶圓。紫外光先通過一個帶有“圖案”的“擋板”,其功能在于遮掉部分光線,使光線特定的形狀照射在晶圓上。中間的透鏡用于將光線匯聚于一個很小的范圍。紫外光照射到感光物質上,發生類似于膠片感光的化學反應,使感光物質變得可溶。這樣其實就將“擋板”上的“圖案”,其實就是微電路的版圖形狀“影印”在了晶圓上。
8:晶體管相當于開關,控制著電流的方向。晶體管是CPU的基本組成單位。現在的工藝可以在一個針尖大小的面積內制造30萬個晶體管。
9:光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉,清除后留下的圖案和掩模上的一致。然后光刻,并洗掉曝光的部分。
10:再重新涂上藍色的光阻劑(藍色),并為下一步做好準備。圖中藍色部分為有感光材料保護的部分。
11:離子注入,也就是用離子轟擊暴露地區的硅片,用離子撞擊植入硅片的方式來改變這些地區硅的導電性,離子需要非常高速的撞擊到晶圓表面上,通過電場加速后的離子速度可以達到每小時30萬公里。
12:當離子注入后,光阻層將被移除,綠色部分的材料會摻入晚來的原子。
13:這時晶體管是接近完成,晶體管洋紅色表面是保溫層,上面有三個洞,這三個洞將用來填補銅,以便連接到其他晶體管。
14:在晶圓放入硫酸銅溶液這個階段,銅離子的沉積到晶體管,這個過程被稱為電鍍。游離的銅離子分別到晶圓的積極終端(陽極)和消極終端(陰極)。
15:將多余的銅拋光掉,留下了非常薄的一層銅。
16:多金屬層是建立各種晶體管的互連,雖然電腦芯片看起來十分平坦,但實際上可能有超過20層,形成復雜的電路。
17:在這部分準備將晶圓建立第一個功能測試,在這個階段的測試模式中輸入每個單芯片,并監測比較芯片的反應,然后丟棄有瑕疵的內核芯片。
18:將晶圓切割成塊,每一塊就是一個處理器的內核。
19:這是一個被分離出來的的核心,Core i7,由上一道工序切割而成。
20:將襯底(基片針腳)、內核、散熱片堆疊在一起,就形成了我們看到的處理器的樣子。
21:最后會對每個CPU進行測試。基于測試的結果,將具有相同的能力的處理器歸屬一類,分級確定了處理器的最高工作頻率,根據穩定性等規格制定價格。
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