晶体管是怎么生产出来的_芯片上晶体管怎么种植
晶体管是怎么生产出来的
下面我们来看看CPU中晶体管是怎么做出来的,步骤如下:
(1) 硅提纯
生产CPU等芯片的材料是半导体,现阶段主要的材料是硅Si,这是一种非金属元素,从化学的角度来看,由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。 在硅提纯的过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。以往的硅锭的直径大都是300毫米,而CPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。
(2)切割晶圆
硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。晶圆才被真正用于CPU的制造。所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片,并将其划分成多个细小的区域,每个区域都将成为一个CPU的内核(Die)。一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
(3)影印(Photolithography)
在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质,紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片,被紫外线照射的地方光阻物质溶解。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。这是个相当复杂的过程,每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。
(4)蚀刻(Etching)
这是CPU生产过程中重要操作,也是CPU工业中的重头威廉希尔官方网站 。蚀刻威廉希尔官方网站 把对光的应用推向了极限。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上,使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。然后,曝光的硅将被原子轰击,使得暴露的硅基片局部掺杂,从而改变这些区域的导电状态,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,CPU的门电路就完成了。
(5)重复、分层
为加工新的一层电路,再次生长硅氧化物,然后沉积一层多晶硅,涂敷光阻物质,重复影印、蚀刻过程,得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。每几层中间都要填上金属作为导体。Intel的Pentium 4处理器有7层,而AMD的Athlon 64则达到了9层。层数决定于设计时CPU的布局,以及通过的电流大小。
(6)封装
这时的CPU是一块块晶圆,它还不能直接被用户使用,必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中,这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同,但越高级的CPU封装也越复杂,新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升,并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。
芯片上晶体管怎么种植
首先,你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry(外包的晶圆制造公司)
A,B是输入,Y是输出。其中蓝色的是金属1层,绿色是金属2层,紫色是金属3层,粉色是金属4层。
那晶体管(更正,题主的“晶体管”自199X年以后已经主要是MOSFET,即场效应管了)呢?
仔细看图,看到里面那些白色的点吗?那是衬底,还有一些绿色的边框?那些是ActiveLayer(也即掺杂层。)然后Foundry是怎么做的呢?大体上分为以下几步:
首先搞到一块圆圆的硅晶圆,(就是一大块晶体硅,打磨的很光滑,一般是圆的)
图片按照生产步骤排列。但是步骤总结单独写出:
1、湿洗(用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)
2、光刻(用紫外线透过蒙版照射硅晶圆,被照到的地方就会容易被洗掉,没被照到的地方就保持原样。于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案。注意,此时还没有加入杂质,依然是一个硅晶圆。)
3、离子注入(在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质,不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管。)
4.、干蚀刻(之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的。现在就要用等离子体把他们洗掉,或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构,这一步进行蚀刻)。
5、湿蚀刻(进一步洗掉,但是用的是试剂,所以叫湿蚀刻)。---以上步骤完成后,场效应管就已经被做出来啦~但是以上步骤一般都不止做一次,很可能需要反反复复的做,以达到要求。---
6、等离子冲洗(用较弱的等离子束轰击整个芯片)6、热处理,其中又分为:
7、快速热退火(就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上,然后慢慢地冷却下来,为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)
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( 发表人:姚远香 )