沙子是我们生活中非常常见的一种物质,它的主要组成成分是石英,也就是二氧化硅(SiO2),沙子中二氧化硅含量高,因此,对于半导体产业来说,沙子是再合适不过的原料了。制作半导体材料所需要的原料是单晶硅,因此,需要先将沙子中的氧去除,从而得到单质硅。所以说原材料是足够的,但是生产过程却异常杂,简要说明一下步骤。
1、对沙子进行脱氧,提取沙子中的硅元素,这也是半导体制造产业的基础元素。
2、硅熔炼 ,通过多脱氧,熔炼,净化得到大晶体,就是大大的一坨,学名叫作硅锭。
3、硅锭切割,把硅锭横向切割成圆形的单个硅片,也就是大家所说的晶圆,晶圆会进行抛光打磨,打磨甚至可以拿出来当镜子用的光滑度。
4、涂胶,在旋转过程中向晶圆上均匀的涂上一层薄薄的胶。
5、光刻、通过光刻机把一个已经设计好芯片电路的芯板上所有的电路图都刻在晶圆上,此时形成了芯片的核心电路图案。
6、掺杂、在真空中向硅中添加其它的元素,以改变这些区域的导电性,这是为了下一步半导体晶体管制造奠定基础。
7、MOS管制造,MOS管是构成芯片门电路的核心,一个芯片有几十亿个这样的晶体管来组成,这一步主要的工艺就是制造MOS晶体管,形成MOS管包括元极,漏极,门极,沟区等在内的原件,然后盖上一层黄色的氧化层,再在最外层再覆盖上一层铜,以便能与晶体管进行电路的连接。最后一道工序就是把它们磨平
8、按照同样的工序制造几十亿个这样的晶体管,晶体管之间通过这些错综复杂的电路相连接,形成一个大型的集成电路。
9、检测、丢弃有瑕疵的内核,这些晶体都是在纳米级别的测试过程中,发现有瑕疵的内核将被抛弃。
10、切割、这样一个晶圆上一次会产生多个芯片内核,现在把它切割成每一个单独的芯片内核,切割后的芯片内核安装在芯片的基座上,这就是一个芯片的成品了。
11、等级测试以及评定、对芯片的最高频率,功耗,发热等进行评价,按照测试结果,评定以不同的型号进行出厂销售。
现在的芯片无处不在,从手机到人工智能再到航空航天,每一项技术都离不开芯片的支撑。虽然看起来这这十一个步骤很简单,但是其中包含的技术和工序等等十分复杂和精细。
硅晶片作为现代芯片的主要元件,它被广泛的用于集成电路,并间接地被地球上的每一个人使用。那么硅晶片是如何被制作出来的呢?
第一、首先将多晶硅放入特制的密封,无力排出里面所有空气后加热到1420摄氏度,接着再将融化的硅放入旋转的干锅,然后放入相当于铅笔大小和形状的归字经病,以反方向旋转。当融化的多晶硅冷却时,再以每分钟1.5毫米的速度抽出归子敬,最后就得到了直径约20厘米的瑰宝,它的重量约有200公斤。硅棒也十分艰苦,直径三毫米的金属丝就能支撑起它的重量。再通过化学品和X光检查单晶硅的纯度与分子,定下后就可以将他送进单晶硅切片机进行切片。这台十吨重的钢丝锯利用高速移动的抄袭钢丝网将硅棒切成厚度只有2/3毫米的硅晶片。在切割过程中,硅晶片表面会留下细微的痕迹,因此要进行抛光打磨,也叫严光程序。
第二、技术员将硅晶片放进抛光。在经过高功率抛光机的处理后,硅晶片的表面还不够光滑,接着还需要利用化学的方式抛光,此时的硅晶片表面的粗糙度不超过0.1纳米,这些完成抛光后的硅晶片就可以送去光客货时刻电路。接下来,晶圆厂会为这些小硅晶片装上数百万个电晶体。由于电晶体的直径只有万分之一毫米,只要有一粒灰尘落在表面,晶片就会受损,因此技术人员在进入痔疮是前必须要换上无尘衣,这件衣净无尘室里面还有12000吨的空调设备,这里的空气比医院的手术室还要干净几百倍。主要制造数位信号处理芯片,从开始到完成一般需要1500个处理步骤。
第三、在进行复杂的元件组装时,他们会用元精传送喝来负责运送晶片到各个工作站,接着利用光刻法将电路设计呀在晶片上,先给镜片涂上感光化学品,当感光化学品接触到紫外线后会变硬,在密闭的暗室里,光线会先穿过电路设计的影。然后再经过小型透镜达在途有化学品的晶片上,这个过程类似于相片嫌疑。为了将所有原件一层层的安装在晶片上,元精传送和送出晶片的次数高达50次。要让新的每一层都接受光刻处理,其中有些层的原件还要接受蒸煮,有些用离子化垫江射击,有些要浸泡在金属中,这些不同的处理方式都会改变该层的属性来慢慢逐步完成晶片的电路设计。完成后的硅晶片上装有约1000个微晶片以及超过四兆的电路元件,最后只需要进行切片转换就算大功告成。现在这些硅晶片就能以每克1.7万美刀的价格出售。
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