芯片生產全過程概述課件

08六月2023芯片生產全過程概述芯片生產全過程摩爾1965年發(fā)表文章圖片摩爾定律（18個月翻一番）驗證晶圓圖片晶圓圖片AMDROADMAP2007我國2007芯片產業(yè)從沙子到芯片-1沙子：硅是地殼內第二豐富的元素，而脫氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，這也是半導體制造產業(yè)的基礎。從沙子到芯片-2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體制造質量的硅，學名電子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質原子。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-3單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。從沙子到芯片-3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-3晶圓：切割出的晶圓經過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當鏡子。事實上，Intel自己并不生產這種晶圓，而是從第三方半導體企業(yè)那里直接購買成品，然后利用自己的生產線進一步加工，比如現(xiàn)在主流的45nmHKMG(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-3光刻膠(PhotoResist)：圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。從沙子到芯片-3光刻：光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學反應類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預先設計好的電路圖案，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-3光刻：由此進入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數百個處理器，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。晶體管相當于開關，控制著電流的方向。現(xiàn)在的晶體管已經如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。從沙子到芯片-3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-3蝕刻：使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。從沙子到芯片-3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計好的電路圖案。從沙子到芯片-3光刻膠：再次澆上光刻膠(藍色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。從沙子到芯片-3離子注入(IonImplantation)：在真空系統(tǒng)中，用經過加速的、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)域的硅的導電性。經過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時

從沙子到芯片-3清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入區(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有所不同。從沙子到芯片-3晶體管就緒：至此，晶體管已經基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。從沙子到芯片-3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)走向負極(陰極)。從沙子到芯片-3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-3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-3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合互連金屬層，具體布局取決于相應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多層復雜的電路，放大之后可以看到極其復雜的電路網絡，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。從沙子到芯片-3晶圓測試：內核級別，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行對比。從沙子到芯片-3晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內核(Die)。從沙子到芯片-3丟棄瑕疵內核：晶圓級別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內核被拋棄，留下完好的準備進入下一步。從沙子到芯片-3單個內核：內核級別。從晶圓上切割下來的單個內核，這里展示的是Corei7的核心。從沙子到芯片-3封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內核、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)相當于一個底座，并為處理器內核提供電氣與機械界面，便于與PC系統(tǒng)的其它部分交互。散熱片(銀色)