沙子如何变芯片?
来源:重庆市科协 时间:2022.05.27

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 第一部分 计算机与 移动通信 PART ONE 015 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?

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沙子如何变芯片?

来源:重庆市科协 时间:2022.05.27

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 第一部分 计算机与 移动通信 PART ONE 015 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。

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