電腦主板芯片制作流程.doc

電腦主板芯片制作流程我們以往看到的電腦主板，上面有各種各樣的芯片，每一種芯片都有著不同的功能。組合成的主板，就成了電腦機(jī)箱內(nèi)不可分割的組成部分。在感嘆科技的神奇之后，大家有沒(méi)有興趣對(duì)機(jī)箱內(nèi)各個(gè)配件的各種芯片有過(guò)多的了解呢？在今天的半導(dǎo)體制造業(yè)中，計(jì)算機(jī)中央處理器無(wú)疑是受關(guān)注程度最高的領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域中眾所周知的兩大巨頭，其所遵循的處理器架構(gòu)均為x86，而另外一家號(hào)稱(chēng)信息產(chǎn)業(yè)的藍(lán)色巨人的IBM，也擁有強(qiáng)大的處理器設(shè)計(jì)與制造能力，它們最先發(fā)明了應(yīng)變硅技術(shù)，并在90納米的處理器制造工藝上走在最前列。 在今天的文章中，我們將一步一步的為您講述中央處理器從一堆沙子到一個(gè)功能強(qiáng)大的集成電路芯片的全過(guò)程。制造芯片的基本原料如果問(wèn)及芯片的原料是什么，大家都會(huì)輕而易舉的給出答案是硅。這是不假，但硅又來(lái)自哪里呢？其實(shí)就是那些最不起眼的沙子。難以想象吧，價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，充滿(mǎn)著神秘感的芯片竟然來(lái)自那根本一文不值的沙子。當(dāng)然這中間必然要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的制造過(guò)程才行。不過(guò)不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細(xì)選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下，如果用那最最廉價(jià)而又儲(chǔ)量充足的原料做成芯片，那么成品的質(zhì)量會(huì)怎樣，你還能用上像現(xiàn)在這樣高性能的處理器嗎？除去硅之外，制造芯片還需要一種重要的材料就是金屬。目前為止，鋁已經(jīng)成為制作處理器內(nèi)部配件的主要金屬材料，而銅則逐漸被淘汰，這是有一些原因的，在目前的芯片工作電壓下，鋁的電遷移特性要明顯好于銅。所謂電遷移問(wèn)題，就是指當(dāng)大量電子流過(guò)一段導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體物質(zhì)原子受電子撞擊而離開(kāi)原有位置，留下空位，空位過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體連線(xiàn)斷開(kāi)，而離開(kāi)原位的原子停留在其它位置，會(huì)造成其它地方的短路從而影響芯片的邏輯功能，進(jìn)而導(dǎo)致芯片無(wú)法使用。 除了這二樣重要的材料之內(nèi)，在芯片的設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要一些品種的化學(xué)原料，它們伏著不異的作用，這表不再贅述。 制造芯片的基礎(chǔ)原料 贖這些刻蝕工作全體完成之后，晶圓被翻轉(zhuǎn)過(guò)去。欠波少光線(xiàn)透過(guò)石英模板上鏤空的刻痕照耀到晶圓的感光層上，然后撤掉光線(xiàn)和模板。通過(guò)化學(xué)方式除往裸露在內(nèi)邊的感光層物質(zhì)，而二氧化硅馬上在陋空地位的上方天生。 芯片制造的準(zhǔn)備階段在必備原材料的采集工作完畢之后，這些原材料中的一部分需要進(jìn)行一些預(yù)處理工作。而作為最主要的原料，硅的處理工作至關(guān)重要。首先，硅原料要進(jìn)行化學(xué)提純，這一步驟使其達(dá)到可供半導(dǎo)體工業(yè)使用的原料級(jí)別。而為了使這些硅原料能夠滿(mǎn)足集成電路制造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過(guò)溶化硅原料，然后將液態(tài)硅注入大型高溫石英容器而完成的。而后，將原料進(jìn)行高溫溶化。中學(xué)化學(xué)課上我們學(xué)到過(guò)，許多固體內(nèi)部原子是晶體結(jié)構(gòu)，硅也是如此。為了達(dá)到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。然后從高溫容器中采用旋轉(zhuǎn)拉伸的方式將硅原料取出，此時(shí)一個(gè)圓柱體的硅錠就產(chǎn)生了。從目前所使用的工藝來(lái)看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。不過(guò)現(xiàn)在intel和其它一些公司已經(jīng)開(kāi)始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當(dāng)?shù)碾y度的，不過(guò)只要企業(yè)肯投入大批資金來(lái)研究，還是可以實(shí)現(xiàn)的。intel為研制和生產(chǎn)300毫米硅錠而建立的工廠(chǎng)耗費(fèi)了大約35億美元，新技術(shù)的成功使得intel可以制造復(fù)雜程度更高，功能更強(qiáng)大的集成電路芯片。而200毫米硅錠的工廠(chǎng)也耗費(fèi)了15億美元。下面就從硅錠的切片開(kāi)始介紹芯片的制造過(guò)程。單晶硅錠在制成硅錠并確保其是一個(gè)絕對(duì)的圓柱體之后，下一個(gè)步驟就是將這個(gè)圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產(chǎn)的處理器芯片就更多。切片還要鏡面精加工的處理來(lái)確保表面絕對(duì)光滑，之后檢查是否有扭曲或其它問(wèn)題。這一步的質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要，它直接決定了成品芯片的質(zhì)量。單晶硅錠 新的切片中要摻入一些物質(zhì)而使之成為真正的半導(dǎo)體材料，而后在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質(zhì)原子進(jìn)入硅原子之間的空隙，彼此之間發(fā)生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導(dǎo)體的特性。今天的半導(dǎo)體制造多選擇CMOS工藝(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)。其中互補(bǔ)一詞表示半導(dǎo)體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負(fù)極和正極。多數(shù)情況下，切片被摻入化學(xué)物質(zhì)而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來(lái)設(shè)計(jì)，這種類(lèi)型的晶體管空間利用率更高也更加節(jié)能。同時(shí)在多數(shù)情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現(xiàn)，因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程的后期，需要將N型材料植入P型襯底當(dāng)中，而這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致pMOS管的形成。在摻入化學(xué)物質(zhì)的工作完成之后，標(biāo)準(zhǔn)的切片就完成了。然后將每一個(gè)切片放入高溫爐中加熱，通過(guò)控制加溫時(shí)間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過(guò)密切監(jiān)測(cè)溫度，空氣成分和加溫時(shí)間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。在intel的90納米制造工藝中，門(mén)氧化物的寬度小到了驚人的5個(gè)原子厚度。這一層門(mén)電路也是晶體管門(mén)電路的一部分，晶體管門(mén)電路的作用是控制其間電子的流動(dòng)，通過(guò)對(duì)門(mén)電壓的控制，電子的流動(dòng)被嚴(yán)格控制，而不論輸入輸出端口電壓的大小。準(zhǔn)備工作的最后一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個(gè)感光層。這一層物質(zhì)用于同一層中的其它控制應(yīng)用。這層物質(zhì)在干燥時(shí)具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過(guò)程結(jié)束之后，能夠通過(guò)化學(xué)方法將其溶解并除去。 中學(xué)化教課下咱們學(xué)到過(guò)，很多固體外部原子是晶體構(gòu)造，硅也是如此。為了到達(dá)高性能處置器的請(qǐng)求，零塊硅本料必需高度污濁，及復(fù)晶硅。而后從低溫容器西采取旋轉(zhuǎn)推屈的方法將硅原料存入，此時(shí)一個(gè)圓柱體的硅錠就發(fā)生了。從綱前所使用的工藝去看，硅錠方形豎截點(diǎn)的曲徑替200毫米。不功當(dāng)初intel戰(zhàn)其它一些婆司曾經(jīng)開(kāi)端應(yīng)用300毫米彎徑的硅錠了。在保存硅錠的各種特征不變的情形高增添豎截面的面積是存在相該的易度的，不過(guò)只有企業(yè)肯投進(jìn)大量資金回研討，借是否以名隱的。intel為研制跟師產(chǎn)300毫米硅錠而樹(shù)立的工廠(chǎng)耗省了大概35億美元，故技巧的勝利使失intel能夠制制龐雜水平更高，功效更強(qiáng)盛的散敗電路芯片。而200毫米硅錠的工廠(chǎng)也消耗了15億美元。上面就主硅錠的切片合初先容芯片的制作進(jìn)程。光刻蝕這是目前的芯片制造過(guò)程當(dāng)中工藝非常復(fù)雜的一個(gè)步驟，為什么這么說(shuō)呢？光刻蝕過(guò)程就是使用一定波長(zhǎng)的光在感光層中刻出相應(yīng)的刻痕，由此改變?cè)撎幉牧系幕瘜W(xué)特性。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于所用光的波長(zhǎng)要求極為嚴(yán)格，需要使用短波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)和大曲率的透鏡?？涛g過(guò)程還會(huì)受到晶圓上的污點(diǎn)的影響。每一步刻蝕都是一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過(guò)程。設(shè)計(jì)每一步過(guò)程的所需要的數(shù)據(jù)量都可以用10GB的單位來(lái)計(jì)量，而且制造每塊處理器所需要的刻蝕步驟都超過(guò)20步(每一步進(jìn)行一層刻蝕)。而且每一層刻蝕的圖紙如果放大許多倍的話(huà)，可以和整個(gè)紐約市外加郊區(qū)范圍的地圖相比，甚至還要復(fù)雜，試想一下，把整個(gè)紐