芯片生產(chǎn)全過程從沙子到封裝課件

1、摩爾定律（摩爾定律（18個月翻一番）驗證個月翻一番）驗證晶圓圖片晶圓圖片晶圓圖片晶圓圖片AMD ROADMAP 2007我國我國2007芯片產(chǎn)業(yè)芯片產(chǎn)業(yè)從沙子到芯片從沙子到芯片-1沙子沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫脫氧后的沙子氧后的沙子(尤其是石尤其是石英英)最多包含最多包含25的硅的硅元素元素，以二氧化硅二氧化硅(SiO2)的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 從沙子到芯片從沙子到芯片-2硅熔煉硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級硅電子級硅(EGS)，平均每一百萬平均每一百萬個硅原子中最多只有個硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子一

2、個雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3單晶硅錠單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約重約100千千克克，硅純度硅純度99.9999。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3硅錠切割硅錠切割：橫向切割成圓形的單個硅片，也就是我們常說的晶圓(Wafer)。順便說，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？ 。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3晶圓晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當(dāng)鏡子。事實上，事實上，Intel自己并不生產(chǎn)這自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三種晶圓，而是從第三方半導(dǎo)體企業(yè)那里直方半導(dǎo)體企業(yè)那里直接購買成品

3、，然后利接購買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工步加工，比如現(xiàn)在主流的45nm HKMG(高K金屬柵極)。值得一提的是，Intel公司創(chuàng)立之初使用的晶圓尺寸只有2英寸/50毫米。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3光刻膠光刻膠(Photo Resist)：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3光刻光刻：光刻膠層隨后光刻膠層隨后透過掩模透過掩模(Mask)被曝被曝光在紫外線光在紫外線(UV)之下之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化。掩模上印著

4、預(yù)先設(shè)計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3光刻光刻：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當(dāng)于開關(guān)，控制著電流的方向?，F(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3溶解光刻膠溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3蝕刻蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解

5、掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3清除光刻膠清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設(shè)計好的電路圖案。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3光刻膠光刻膠：再次澆上光刻膠(藍(lán)色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護(hù)不會離子注入的那部分材料。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3離子注入離子注入(Ion Implantation)：在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過超過30

6、萬千米每小時萬千米每小時 從沙子到芯片從沙子到芯片-3清除光刻膠清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3晶體管就緒晶體管就緒：至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3電鍍電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負(fù)極(陰極)。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3銅層銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3

7、拋光拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3金屬層金屬層：晶體管級別，六個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，具體布局取決于相應(yīng)處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含20多層多層復(fù)雜的電路，放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3晶圓測試晶圓測試：內(nèi)核級別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進(jìn)行對比。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3晶圓切片晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米

8、/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內(nèi)核(Die)。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3丟棄瑕疵內(nèi)核丟棄瑕疵內(nèi)核：晶圓級別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內(nèi)核被拋棄，留下完好的準(zhǔn)備進(jìn)入下一步。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3單個內(nèi)核單個內(nèi)核：內(nèi)核級別。從晶圓上切割下來的單個內(nèi)核，這里展示的是Core i7的核心。從沙子到芯片從沙子到芯片-3封裝封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底襯底(基基片片)、內(nèi)核、散熱片、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色)相當(dāng)于一個底座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機(jī)械界面，便于與PC系統(tǒng)的其它部分交互。散熱片(銀色)就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱的了。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3處理器處理器：至此就得到完整的處理器了(這里是一顆Core i7)。這種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復(fù)雜的產(chǎn)品實際上是經(jīng)過數(shù)百個步驟得來的，這里只是展示了其中的一些關(guān)鍵步驟。 從沙子到芯片從沙子到芯片-3等級測試等級測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性，比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比如適合做成最高端的Core i7-975 Extreme，還是低