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把”沙子"变成"黄金"的芯片制造工艺揭秘

硅是芯片的主要原材料,硅又是什么呢?其实就是那些最不起眼的沙子,经过多个工序,这些沙子会变成价格昂贵、结构复杂、功能强大、充满着神秘感的芯片。今天我们就了解一下“沙子”是如何变成黄金的。

作者:张存来源:IT168|2017-11-21 08:53

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硅是芯片的主要原材料,硅又是什么呢?其实就是那些最不起眼的沙子,经过多个工序,这些沙子会变成价格昂贵、结构复杂、功能强大、充满着神秘感的芯片。今天我们就了解一下“沙子”是如何变成黄金的。

简单说,不算最后的测试环节,芯片的生产时需要经过6个工序的,分别是:硅提纯,切割晶圆,影印,蚀刻,重复、分层以及封装。

首先在硅提纯的过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。

切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个CPU的内核。而在切割晶园过程中,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就越多。

切割完成之后,在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻物质,紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解,这就是影印。

而蚀刻工序是芯片生产的重要工作,也是重头技术,简单来说蚀刻就是用激光在硅晶圆制造晶体管的过程,蚀刻这个过程是由光完成的,所以用于蚀刻的光的波长就是该技术提升的关键,它影响着在硅晶圆上蚀刻的最小尺寸,也就是线宽。

重复工序也就是为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。

尽管这时的芯片已经是一块块晶圆,但它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的芯片封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。

把”沙子"变成"黄金"的芯片制造工艺揭秘

说到这里就不得不说一下摩尔定律。摩尔定律是指:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍,这是由Intel的创始人戈登摩根在1965年提出的。这个定律在过去的几十年都准确无误,但现在他却面临着严峻的挑战。因为从物理定律来看,7nm就是物理极限。一旦晶体管大小低于这一数字,载流子的运动规律都必须考虑到量子效应,这就导致基础的门电路功能错乱。也就是说,一旦工艺做到7nm甚至5nm时,现在这种 CPU制作技术已经基本走到头了。那个时候你会发现,当自己的手机用了三年之后,市面上的华为小米的旗舰性能还是那样,耗电量还是那样,续航能力还是那样。

但这并不是说CPU的性能就会被限制于此,就像从45nm到32nm或者是从22nm到14nm一样,问题总归是可以解决的,只是说这一次可能要改变整个CPU的制作方法或者说材料,要比以往的难得多。

【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】


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