沙子如何变芯片?
都说一沙一世界,但是你恐怕不了解沙子居然可以变成芯片,听起来风马牛不相及,但实际上是因为两者都有同样一个元素——硅。沙子里所含的硅,可以经过一系列制造,最终转化成为硅芯片。
第一步,从沙子里提炼硅,纯度要达到9个9的要求,也就是硅含量是99.9999999%。这就需要对沙子进行物理化学操作,即在单晶炉内将高纯度的多晶硅拉制成一块一块的单晶硅棒(硅锭)——这叫“拉单晶”。
第二步,将单晶硅棒切成一片片厚薄均匀的硅片,吃过烤鸭的同学一定对师傅片皮儿的刀工记忆犹新,这个做法类似,但精度和难度却不是一个数量级。由于切片中不可避免切面表面会损伤,所以需要多次打磨、抛光等,通常成型的晶圆是8英寸/12英寸(1英寸等于2.54厘米)左右,像镜子一样光亮。
第三步,进行光刻。将光刻胶均匀浇注到旋转的晶圆上,使表面均匀地喷淋一层“光刻胶”保护层。据说,这胶能保护它们的表面不被刻蚀试剂腐蚀,刻完后,还需要对晶圆进行清洗。
第四步,用盐水通电方法进行蚀刻,以便去除胶体杂质,接下来去掉晶圆上的胶体形成第一层电路。专家们抓住了光刻胶的弱点,在它们的身上玩起了“投影”游戏,也就是将设计好的微电路投影在单晶硅片身上。晶圆身上没被光刻胶保护的部分,表面的氧化膜渐渐被腐蚀掉,硅基底就裸露了,接着,也变成了电路的形状。一般会重复这个操作8次左右,晶圆被刻得越精细,芯片的性能就越好。
第五步,进行离子注入,以改变单晶硅圆片表层的极性。该过程主要是通过离子束将掺杂离子注入硅基底,而后,再进行一下热处理,让这些外来离子稳定下来,以得到一个成熟的晶圆,就是表面有数十亿个微小晶体管的晶圆。
第六步,把离子注入后晶圆片有了晶体管雏形,在晶片上覆盖一层一氧化硅绝缘膜,接下来层层完成覆盖、雕刻、打磨、布线、连接,最终形成一整块有完整内核的晶圆。
第七步,再对晶圆进行细分切割。接着,再进行沉积镀铜工艺。镀上铜后,还要再次经历表面磨削、光刻、蚀刻等过程,将镀好的铜分割成细小的导线,进而将晶体管连接起来。
最后是芯片封装。在这过程中,晶圆们被分割成一个个集成电路裸片。在通过电路测试后,和散热片、底板等部件被封装到了一起。至此,晶圆成了芯片。
封装测试合格的芯片就可以安装在手机、电脑、飞机,卫星上,是不是很神奇?
(区科协供稿)
第一步,从沙子里提炼硅,纯度要达到9个9的要求,也就是硅含量是99.9999999%。这就需要对沙子进行物理化学操作,即在单晶炉内将高纯度的多晶硅拉制成一块一块的单晶硅棒(硅锭)——这叫“拉单晶”。
第二步,将单晶硅棒切成一片片厚薄均匀的硅片,吃过烤鸭的同学一定对师傅片皮儿的刀工记忆犹新,这个做法类似,但精度和难度却不是一个数量级。由于切片中不可避免切面表面会损伤,所以需要多次打磨、抛光等,通常成型的晶圆是8英寸/12英寸(1英寸等于2.54厘米)左右,像镜子一样光亮。
第三步,进行光刻。将光刻胶均匀浇注到旋转的晶圆上,使表面均匀地喷淋一层“光刻胶”保护层。据说,这胶能保护它们的表面不被刻蚀试剂腐蚀,刻完后,还需要对晶圆进行清洗。
第四步,用盐水通电方法进行蚀刻,以便去除胶体杂质,接下来去掉晶圆上的胶体形成第一层电路。专家们抓住了光刻胶的弱点,在它们的身上玩起了“投影”游戏,也就是将设计好的微电路投影在单晶硅片身上。晶圆身上没被光刻胶保护的部分,表面的氧化膜渐渐被腐蚀掉,硅基底就裸露了,接着,也变成了电路的形状。一般会重复这个操作8次左右,晶圆被刻得越精细,芯片的性能就越好。
第五步,进行离子注入,以改变单晶硅圆片表层的极性。该过程主要是通过离子束将掺杂离子注入硅基底,而后,再进行一下热处理,让这些外来离子稳定下来,以得到一个成熟的晶圆,就是表面有数十亿个微小晶体管的晶圆。
第六步,把离子注入后晶圆片有了晶体管雏形,在晶片上覆盖一层一氧化硅绝缘膜,接下来层层完成覆盖、雕刻、打磨、布线、连接,最终形成一整块有完整内核的晶圆。
第七步,再对晶圆进行细分切割。接着,再进行沉积镀铜工艺。镀上铜后,还要再次经历表面磨削、光刻、蚀刻等过程,将镀好的铜分割成细小的导线,进而将晶体管连接起来。
最后是芯片封装。在这过程中,晶圆们被分割成一个个集成电路裸片。在通过电路测试后,和散热片、底板等部件被封装到了一起。至此,晶圆成了芯片。
封装测试合格的芯片就可以安装在手机、电脑、飞机,卫星上,是不是很神奇?
(区科协供稿)