芯片|小小芯片,上千万个晶体管是怎么装上去怎么工作的?人类真牛啊( 二 )


把多晶硅加热融化 , 用一个棒子慢慢的把它拉出来 , 就成了一个晶圆棒 。

晶圆棒制备好了以后 , 用机器切成薄片 , 然后再抛光过 , 就形成了制造芯片的最重要材料 , 晶圆片 。
因为芯片是方的 , 所以晶圆片的直径越大 , 边边角角的利用率越高 。
2019年广州已经可以生产出12英寸的晶圆片 , 这是我国能够成熟生产的最大直径的晶圆片 。
》第2步 , 光刻 。这一部分需要在晶片上刻出电子元件的形状 。
雕刻形状之前要涂一层薄薄的光刻胶 , 这个光刻胶实际上是一种光敏树脂 。
然后把设计好的集成电路的图像 , 通过光投影到这个光刻胶上 。

【芯片|小小芯片,上千万个晶体管是怎么装上去怎么工作的?人类真牛啊】因为光刻胶是光敏的 , 所以光照射到的地方光刻胶就起了化学反应 , 变成了容易被溶解掉的物质 , 然后用溶液清洗掉产生了化学变化的光刻胶 。
集成电路的图案就从照相底片上转移到了晶片上 。
然后把晶片放到腐蚀剂里进行腐蚀 , 没有被光刻胶覆盖的地方就被腐蚀出了凹痕 。 于是在晶片上就出现了各种各样的图案 , 这些图案就是各种各样的晶体管 。

但是这个时候晶体管还没有办法工作 , 因为还没有被激活 。
》第3步 , 离子注入 。因为每一个二极管都是一个P型材料和一个N型材料组成的 。
要知道硅它的原子结构跟碳类似的 , 它外面有4个自由电子 。
在高纯度硅里面掺进去外面含有5个自由电子的材料 , 比如说磷 , 就变成了 N型材料 。
如果掺进去的是3个自由电子的材料 , 比如是硼 , 就变成了P型材料 。
把磷和硼注入芯片中的工艺 , 就叫做离子注入 。

这个过程完成了以后 , 芯片上所有的电子元件都制备好了 。
然后还要用电线把它们连接起来 , 形成一种逻辑结构的电路 。
这个过程需要在晶片上按照电路的连接方式沉淀金属铜 。
等沉淀好铜以后 , 这个晶片就是由金属导线连接成的各种电路元件 , 这个时候一个晶片就做好了 。

在这个过程中需要多次曝光 , 这取决于晶片中的电子元器件的种类、结构复杂程度 。
而且每次曝光和离子注入的时候都要对准确 。
因此每一步都要做到非常精确 , 才能做出一个成品的芯片 。
制造光刻机的难度非常高 , 就是因为里面的细节太多 , 每一步都不能错 。
》第4步 , 为了保护芯片 , 需要封装 。封装的过程也是检测芯片的过程 。
因为芯片制造的过程很复杂 , 而且每一个晶体管的尺寸又很微小 , 所以很容易产生缺陷 。

这些有缺陷的芯片怎么办呢?难道我们把它扔掉吗?当然不能这么做 , 这些缺陷是在芯片电路设计的时候都已经考虑到了 。
芯片制程越小 , 就越容易产生缺陷 , 冗余部分的数量就要越多 。
手机的芯片制程较小 , 它上面的集成电路虽然有100多个亿 , 但是它执行的功能还不如电脑芯片上面十几个亿的晶体管的功能 。
封装测试厂在芯片上面加上一个保护性的外壳 , 同时检测出芯片内部缺陷的情况 , 然后把它按照品质分成级别 。
挑选出来的芯片上印上型号 , 打上厂家的标志 , 缺陷少的卖高价 , 缺陷多的卖低价 。

比如说执行90%以上功能的芯片 , 我们给它一个型号 , 这个就是最牛逼的型号 , 也就是卖的最贵的型号 。
执行80%~60%功能的卖一个中等价格 , 60%以下的卖一个平民大众价格 。
电脑CPU芯片 , 同一个批次的可以看到很多型号 , 它们实际上都是同一种芯片 , 里面的电路完全相同!