10步进化：从沙子到芯片 - 看看处理器是怎样炼成的VIP专享VIP免费

第1页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共39页可以说，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：第2页共39页第1页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共39页沙子：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。第3页共39页第2页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共39页硅熔炼：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)。第4页共39页第3页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页共39页单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。第5页共39页第4页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页共39页第一阶段合影第6页共39页第5页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页共39页硅锭切割：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？第7页共39页第6页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页共39页晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。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45nmHKMG(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8页共39页第7页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页共39页第二阶段合影第9页共39页第8页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第9页共39页光刻胶(PhotoResist)：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。第10页共39页第9页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页共39页光刻：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。第11页共39页第10页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第11页共39页光刻：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12页共39页第11页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第12页共39页第三阶段合影第13页共39页第12页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第13页共39页溶解光刻胶：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。第14页共39页第13页共39页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海...