芯片生產(chǎn)全過程

芯片生產(chǎn)全過程1編輯ppt摩爾1965年發(fā)表文章圖片2編輯ppt3編輯ppt4編輯ppt摩爾定律〔18個月翻一番〕驗(yàn)證5編輯ppt晶圓圖片6編輯ppt晶圓圖片7編輯pptAMDROADMAP20078編輯ppt我國2007芯片產(chǎn)業(yè)9編輯ppt從沙子到芯片-1沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的根底。10編輯ppt從沙子到芯片-2硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。11編輯ppt從沙子到芯片-3單晶硅錠：整體根本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。12編輯ppt從沙子到芯片-3硅錠切割：橫向切割成圓形的單個硅片，也就是我們常說的晶圓(Wafer)。順便說，這下知道為什么晶圓都是圓形的了吧？。13編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，外表甚至可以當(dāng)鏡子。事實(shí)上，Intel自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三方半導(dǎo)體企業(yè)那里直接購置成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工，比方現(xiàn)在主流的45nmHKMG(高K金屬柵極)。值得一提的是，Intel公司創(chuàng)立之初使用的晶圓尺寸只有2英寸/50毫米。14編輯ppt從沙子到芯片-3光刻膠(PhotoResist)：圖中藍(lán)色局部就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。15編輯ppt從沙子到芯片-3光刻：光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反響類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預(yù)先設(shè)計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。16編輯ppt從沙子到芯片-3光刻：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當(dāng)于開關(guān)，控制著電流的方向?，F(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。17編輯ppt從沙子到芯片-3溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，去除后留下的圖案和掩模上的一致。18編輯ppt從沙子到芯片-3蝕刻：使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓局部，而剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的局部。19編輯ppt從沙子到芯片-3去除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部去除后就可以看到設(shè)計好的電路圖案。20編輯ppt從沙子到芯片-3光刻膠：再次澆上光刻膠(藍(lán)色局部)，然后光刻，并洗掉曝光的局部，剩下的光刻膠還是用來保護(hù)不會離子注入的那局部材料。21編輯ppt從沙子到芯片-3離子注入(IonImplantation)：在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時

22編輯ppt從沙子到芯片-3去除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被去除，而注入?yún)^(qū)域(綠色局部)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。23編輯ppt從沙子到芯片-3晶體管就緒：至此，晶體管已經(jīng)根本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。24編輯ppt從沙子到芯片-3電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負(fù)極(陰極)。25編輯ppt從沙子到芯片-3銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓外表，形成一個薄薄的銅層。26編輯ppt從沙子到芯片-3拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓外表。27編輯ppt從沙子到芯片-3金屬層：晶體管級別，六個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，具體布局取決于相應(yīng)處理器所需要的不同功能性。芯片外表看起來異常平滑，但事實(shí)上可能包含20多層復(fù)雜的電路，放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。28編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓測試：內(nèi)核級別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進(jìn)行比照。29編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內(nèi)核(Die)。30編輯ppt從沙子到芯片-3丟棄瑕疵內(nèi)核：晶圓級別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內(nèi)核被拋棄，留下完好的準(zhǔn)備進(jìn)入下一步。31編輯ppt從沙子到芯片-3單個內(nèi)核：內(nèi)核級別。從晶圓上切割下來的單個內(nèi)核，這里展示的是Corei7的核心。32編輯ppt從沙子到芯片-3封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色)相當(dāng)于一個底座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機(jī)械界面，便于與PC系統(tǒng)的其它局部交互。散熱片(銀色)就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱的了。33編輯ppt從沙子到芯片-3處理器：至此就得到完整的處理器了(這里是一顆Corei7)。這種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復(fù)雜的產(chǎn)品實(shí)際上是經(jīng)過數(shù)百個步驟得來的，這里只是展示了其中的一些關(guān)鍵步驟。34編輯ppt從沙子到芯片-3等級測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性，比方最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比方適合做成最高端的Corei7-975Extreme，還是低端型號Corei7-920。35編輯ppt從沙子到芯片-3裝箱：根據(jù)等級測試結(jié)果將同樣級別的處理器放在一起裝運(yùn)。36編輯ppt從沙子到芯片-3零售包裝：制造、測試完畢的處理器要么批量交付給OEM廠商，要么放在包裝盒里進(jìn)入零售市場。這里還是以Corei7為例。37編輯ppt晶圓的生產(chǎn)工藝流程：從大的方面來講，晶圓生產(chǎn)包括晶棒制造和晶片制造兩大步驟，它又可細(xì)分為以下幾道主要工序〔其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部屬晶片制造，所以有時又統(tǒng)稱它們?yōu)榫е衅筇幚砉ば颉常壕О舫砷L--晶棒裁切與檢測--外徑研磨--切片--圓邊--表層研磨--蝕刻--去疵--拋光--清洗--檢驗(yàn)--包裝1、晶棒成長工序：它又可細(xì)分為：1〕、融化〔MeltDown〕：將塊狀的高純度復(fù)晶硅置于石英坩鍋內(nèi)，加熱到其熔點(diǎn)1420°C以上，使其完全融化。2〕、頸部成長〔NeckGrowth〕：待硅融漿的溫度穩(wěn)定之后，將〈1.0.0〉方向的晶種慢慢插入其中，接著將晶種慢慢往上提升，使其直徑縮小到一定尺寸〔一般約6mm左右〕，維持此直徑并拉長100-200mm，以消除晶種內(nèi)的晶粒排列取向差異。3〕、晶冠成長〔CrownGrowth〕：頸部成長完成后，慢慢降低提升速度和溫度，使頸部直徑逐漸加大到所需尺寸〔如5、6、8、12吋等〕。4〕、晶體成長〔BodyGrowth〕：不斷調(diào)整提升速度和融煉溫度，維持固定的晶棒直徑，只到晶棒長度到達(dá)預(yù)定值。5〕、尾部成長〔TailGrowth〕：當(dāng)晶棒長度到達(dá)預(yù)定值后再逐漸加快提升速度并提高融煉溫度，使晶棒直徑逐漸變小，以防止因熱應(yīng)力造成排差和滑移等現(xiàn)象產(chǎn)生，最終使晶棒與液面完全別離。到此即得到一根完整的晶棒。2、晶棒裁切與檢測〔Cutting&Inspection〕：將長成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾局部，并對尺寸進(jìn)行檢測，以決定下步加工的工藝參數(shù)。3、外徑研磨〔SurfaceGrinding&Shaping〕：由于在晶棒成長過程中，其外徑尺寸和圓度均有一定偏差，其外園柱面也凹凸不平，所以必須對外徑進(jìn)行修整、研磨，使其尺寸、形狀誤差均小于允許偏差。4、切片〔WireSawSlicing〕：由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用環(huán)狀、其內(nèi)徑邊緣鑲嵌有鉆石顆粒的薄片鋸片將晶棒切割成一片片薄片。5、圓邊〔EdgeProfiling〕：由于剛切下來的晶片外邊緣很鋒利，硅單晶又是脆性材料，為防止邊角崩裂影響晶片強(qiáng)度、破壞晶片外表光潔和對后工序帶來污染顆粒，必須用專用的電腦控制設(shè)備自動修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。6、研磨〔Lapping〕：研磨的目的在于去掉切割時在晶片外表產(chǎn)生的鋸痕和破損，使晶片外表到達(dá)所要求的光潔度。7、蝕刻〔Etching〕：以化學(xué)蝕刻的方法，去掉經(jīng)上幾道工序加工后在晶片外表因加工應(yīng)力而產(chǎn)生的一層損傷層。8、去疵〔Gettering〕：用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷感到下半層，以利于后序加工。9、拋光〔Polishing〕：對晶片的邊緣和外表進(jìn)行拋光處理，一來進(jìn)一步去掉附著在晶片上的微粒，二來獲得極佳的外表平整度，以利于