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芯片是如何生产制造的?看完你就明白为什么那么难了!真是这样吗

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发表时间:2022-11-18 10:06作者:全球芯 | glochip.com网址:http://glochip.com/news/
文章附图

芯片无处不在,随着层出不穷技术的革新,随之而来的是对高效芯片的更大需求。



你想知道它们是如何制作的吗?



今天我们将在讨论芯片是如何制造的



什么是芯片?



芯片是一个扁平的硅片,上面嵌入了集成电路,甚至包括晶体管。



硅晶片上产生了微小开关的图案,通过嵌入材料,形成相互连接形状的深而完整的网格。



有一些复杂的过程导致这些互连电路的构建。



接下来将详细讨论所有这些原料硅。



硅是技术行业的数字目标。



因为它是一种广泛使用的半导体,制造商通常通过添加磷或硼的方式改善半导体的性能。



我们很多人都知道,硅是由沙子制成的,硅元素是继氧之后第二常见的元素。



沙子是二氧化硅的一种形式,硅晶片由其制成。



第一步是将沙子熔化成一个大圆筒形的结晶铸,从中切下薄晶片用于芯片。



优质纯硅始终是一种强制性材料,要求比较苛刻。



因此,每1000万个硅原子只允许一个杂质原子。



硅球的直径范围不同,其中最常见的尺寸为150mm、200mm和300mm。



  1. 对于芯片,硅片必须非常薄。



因此,在制造这些晶片的地方有一种特殊的标志技术。



为什么使用硅?硅是一种半导体,只要满足某些条件,它就变成一种有效的导电体。



每个硅原子有四个最外层的电子。



因此,实际的纯单晶硅在室温下是不导电的。



为了使其导电,将少量特定原子作为杂质添加到晶圆中,这个过程被称为掺杂。



通常,硼和磷原子被大量使用。



在元素周期表上,最合适的元素和这些基团与硅非常接近,因此具有非常相似的性质。



pnn导电层非常重要,芯片最重要的部分是建立在pnn导电层上的晶体管。



晶片晶体管是最小的控制单元和微芯片,他们的工作是控制电压和电流。



它们是电子电路中最重要的部件,因为芯片上的每个晶体管都包含p和n导电层,这些层是由硅晶体制成的,有一层额外的氧化硅作为绝缘体,一层导电多晶硅涂覆在其上面。



芯片是如何制造的呢?



第一步:布局和设计



芯片必须始终经过精心设计



因为这些是高度复杂的芯片,由数十亿集成和连接的晶体管组成构成复杂的电路,例如微控制器和密码芯片,必须测量几平方毫米的尺寸仔细勾勒。



微组件的实际数量需要一个定义芯片功能的深入设计过程,这实际上表征了芯片的技术和物理特性。



事实上,特殊的设计工具被用来放弃集成电路的计划,构建一个三明治层的三维结构。



该蓝图被转移到光掩模,以给出电路的几何图像,在后续芯片制造过程中



光掩模用作图像模板,以确保芯片的微观结构完美再现。



这些是你在微芯片上看到的图案,它们必须在温度湿度稳定的无尘环境中制造。



第二步:把它放在一个无尘的房间里



芯片必须在无尘室中制造,不允许超过一个大于0.5μm的颗粒进入。这个地方非常复杂,每小时循环数百万立方米的空气,数百个风量调节器保持恒定的气流,这些生产区域的员工需要极其严格的着装要求。



正是在这里,所有芯片都建立在从硅锭切割而成的基础晶片上。



根据芯片的大小,可以在一个晶片上制造几十个或几千个芯片。由于其尺寸小,晶片表面在大约1000摄氏度的高温炉中被氧化以形成非导电层。



之后,底部抗蚀剂材料均匀分布在该非导电层上,然后在该涂层上使用离心力



这个过程产生了一个光敏层,然后通过光掩模和特殊曝光将晶片曝光。芯片上的这些区域,用于将电路设计的复杂几何图案转移到硅片上



显影芯片图案的暴露区域,显示下面的氧化物延迟



未暴露的部分保留下来



因为它保护了之后的氧化物层,暴露的氧化物层在用等离子体显影的区域中被蚀刻掉。此工艺中的蚀刻,将特殊气体与待在反应室中移除的基材结合,这使得可以在窗口中移除微观层。



在上一步中曝光和显影的区域,一旦光致抗蚀剂残留物被剥离,晶片被清洁后,它将经历进一步的氧化。



然后在该绝缘层上沉积多晶硅,再次施加光致抗蚀剂,并且晶片通过掩模暴露于光,再次剥离曝光的光致抗蚀剂。



现在,这两层多晶硅和薄氧化层被蚀刻掉。



第3步:掺杂工艺



这是将不纯原子引入暴露的硅中的过程,离子注入机用于将杂质诱导原子引入硅中,这只改变了暴露硅的导电率一微米。剥离光致抗蚀剂残留物后,施加另一氧化层,并且晶圆将施加光致抗蚀剂的另一循环。



通过掩模曝光,添加剥离接触孔以允许导电层的接触和互连能够集成到晶片中,这是通过在晶片和专用机器上沉积各种金属合金来实现的,这提高了微芯片的效率。



第四步:平滑精整



在掩模上施加光刻胶,使得未暴露的跳闸在蚀刻工艺之后保持原样,这为底层提供了一个接触点,使绝缘层具有光滑的表面。



这需要一种化学机械工艺,用于以微米精度抛光多余的材料。



根据芯片的尺寸和类型,这些单独的步骤可以在制造过程中进行多次,直到集成电路最终完成。



晶圆现在将有几十个芯片,通常从晶片中寻找单个芯片,而且芯片在晶片上并没有相互对齐,这是因为晶片的微小部分在锯切过程中会脱落,并且始终保留一定量的空间称为划线。在单个芯片之间,也有一些结构放置在该划线中,以便在生产后立即进行测量,这只是为了找出哪些芯片质量良好。



这些特定结构在缝纫过程中会被破坏,并且得到的芯片的尺寸通常在一平方毫米到几平方厘米之间变化。



第五步:组装



组装是将单个芯片放置在封装上并连接端子的阶段,结果是一种更薄的半导电器件,可以安装在电路板上,在多对多连接上使用各种类型的终端,还将有现成的半导体组件和用于电力相关活动的较大封装



半导体可用于许多应用,如:



火车、电动汽车、太阳能电池板和风力涡轮机。这些半导体被构造成转换高达几百安培的电流,可以达到数千的电压,在这个水平上的切换会导致非常高的温度,这些热量必须通过集成到封装中的一些冷却区域散发,这也是半导体的一个重要方面,并且必须包括在制造过程中。



任何设备的质量检查都非常重要,为了检查半导体的质量,扫描电子显微镜经常用于在生产过程中的不同点重复检查芯片



如果我们将今天的微电子技术与人类头发大小相比较,我们可以看到这些设备有多小



因此,生产过程必须高度专业化和完善。



你对微芯片的制造有更多的了解吗


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