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从沙子到芯片5步带你了解芯片的制造过程

    发布时间:2022-09-23 21:19:42 来源:IM体育官方网站 作者:im体育比赛    

  相信你对芯片这个词并不陌生,因为芯片在我们日常生活中应用非常广泛,不同种类的芯片发挥着不同的作用。芯片的存在,让我们的生活变得更加便捷和美好,同时,在信息时代,芯片的高效能又推动着科技不断向前进步。

  那么,你了解什么是芯片吗?芯片又是如何制造出来的呢?让我们一起来了解一下吧。

  芯片,英文全称是integrated circuit,简称IC,是指载有集成电路的半导体元件。芯片犹如人的大脑一样,接收信息,发出指令,控制着搭载芯片的机器。

  在我们平常使用的电子设备,如手机、电脑中都有芯片,它们能够正常运行就是靠着一颗小小的芯片,简单来说芯片之于电子设备的地位等同于发动机之于汽车。

  不仅手机电脑等智能产品含有芯片,可以说只要涉及到一些比较复杂的功能,就都会用到芯片。

  例如收音机里有音频芯片,微波炉里有控制加热时间或加热方式的控制芯片,在一些LED灯具中也存在半导体芯片,洗衣机里有控制芯片,甚至连电瓶车都有一块叫功率控制的芯片,可以说我们衣食住行的各个方面,都有芯片的身影。

  想要制造芯片这样高精密度的东西,第一个也是最难的一个环节,就是设计电路图。即使对于芯片大厂们来说,每张电路图的设计也都需要来自全球专家的合力:明确该芯片的需求目的,制定规格,在电脑中完成细节设计。

  芯片的“地基”名为硅晶圆,无论电路图被设计成什么样,最终都要叠加到它的身上,而硅晶圆最初的模样就是我们熟悉的沙子。

  之后钻石刀会将硅锭切成圆片,圆片经过打磨抛光后便成为了硅晶圆,芯片的“地基”就完成了。

  硅晶圆的直径常见的有8英寸(200mm)和12英寸(300mm),直径越大,最终单个芯片成本越低,但加工难度越高。

  而从硅晶圆到芯片,还需要经历数以百计的生产步骤。首先是光刻,也就是在硅晶圆上刻出图案。而进行光刻前,要给硅晶圆涂上三层材料,第一层是氧化硅,第二层是氮化硅,最后一层是光刻胶。

  紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶,掩膜上印着预先设计好的电路图案。

  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膜上的一致。

  用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。

  接着就是蚀刻与离子注入部分,它们相当于对地基进行装修并加入功能区,让整个晶体管具备流通信息的能力。

  首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅,并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。

  然后把硼或磷注入到硅结构中,接着填充铜,以便和其他晶体管互连,然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构,就像密集交织的高速公路。

  经过这些流程,就得到了布满芯片的硅晶圆,之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来,焊接到基片上,装壳密封。经过测试后就可以包装销售了。

  即使我们已经对芯片制作过程进行了大幅简化,大家也能看出每一颗小小的芯片中,其实包含了难以计数的元件,涉及前沿核心技术,工艺复杂而又精妙。

  芯片是技术难度很高的产品,由于国外多年的技术封锁以及国内的半导体产业起步较晚,我国和国外先进国家的芯片技术还是差距较大。

  我国芯片的消耗量占据世界芯片消耗量的42%,但是我国芯片自给率不足30%,每年都要耗费近万亿的外汇储备从国外进口芯片。因此研发中国“芯”,势在必行。

  相信未来在企业的研发与国家的帮助下,我国能够突破技术壁垒,完善芯片产业链,真正做到芯片自给自足。国产芯片,未来可期。