揭秘芯片诞生全过程:真空状态高度自动化生产
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芯片制造流程芯片制造是一项高度复杂和精密的工艺过程,它涉及到多个步骤和技术,并需要严格的控制和监测。
以下是一般的芯片制造流程的主要步骤:1. 接收设计文件:芯片制造开始于接收设计文件,包括芯片设计和电路图等。
2. 掩膜设计和制作:接收到设计文件后,需要进行掩膜设计和制作。
掩膜是用于定义芯片中电路和元件位置的模具。
3. 芯片晶圆生长:在准备好的掩膜下,将掩膜置于晶圆上,进入晶圆生长阶段。
晶圆是一种由纯度高的硅制成的圆片,在此阶段,通过化学气相沉积或物理气相沉积的方式在晶圆上生长出纯净的单晶硅层。
4. 掩膜光刻:接下来,将已生长好的晶圆表面涂上光刻胶,并利用光刻仪使其曝光,以便在光刻胶上形成掩膜。
5. 电路图制作:在掩膜上形成的掩膜芯片上,利用化学腐蚀等方法,按照电路图中设计好的图案进行刻蚀。
这一步骤的目的是在芯片表面形成电路和连线。
6. 接触和连接:接下来,在芯片上进行金属沉积和光刻的过程,形成联系芯片各个元件之间的金属引脚。
7. 清洗和检查:在芯片完成前,需要将其进行清洗和检查。
清洗的过程包括去除所有的残留物,并确保芯片表面的纯度。
检查的过程需要对芯片进行视觉和显微镜检查,以确保没有任何缺陷和错误。
8. 封装和测试:芯片制造的最后阶段是封装和测试。
在封装过程中,将芯片放置在适当的封装中,以保护其免受外界环境的影响,并方便与其他设备的连接。
在测试阶段,将对芯片进行各种测试和验证,包括功耗测试、逻辑测试、功能测试等,以确保芯片的质量和性能达到要求。
总体来说,芯片制造是一项极其复杂和细致的工艺,需要经过多个步骤和技术的精确控制。
在每个阶段,都需要进行严格的检查和测试,以确保芯片质量和性能。
芯片制造的精细和复杂性使其成为现代科技和电子产业中不可或缺的关键环节。
图解芯片制造工艺流程(全图片注解,清晰明了)该资料简洁明了,配图生动,非常适合普通工程师、入门级工程师或行业菜鸟,帮助你了解芯片制造的基本工艺流程。
首先,在制造芯片之前,晶圆厂得先有硅晶圆材料。
从硅晶棒上切割出超薄的硅晶圆,然后就可以进行芯片制造的流程了。
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.) 4.1、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).4.2、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。
5、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: 6.1 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)6.2 退火 6.3 热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) ) 7、化学气相淀积(CVD),进一步精细处理表面的各种物质 8、物理气相淀积 (PVD),类似,而且可以给敏感部件加coating 9、分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要。
10、电镀处理 11、化学/机械表面处理 12、晶圆测试13、晶圆打磨就可以出厂封装了。
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芯片制造全工艺流程芯片制造是一项复杂而精密的工艺过程,它涉及到许多步骤和技术。
从设计到成品,整个制造过程需要经历多个阶段,每个阶段都需要精准的操作和严格的质量控制。
本文将介绍芯片制造的全工艺流程,带您了解这一精密的制造过程。
1. 设计阶段芯片制造的第一步是设计阶段。
在这个阶段,工程师们根据产品的需求和规格,设计出芯片的结构和功能。
他们使用CAD软件进行设计,并进行模拟和验证,以确保设计的准确性和可行性。
设计阶段的质量和准确性对后续的制造过程至关重要。
2. 掩膜制作一旦设计完成,接下来就是制作掩膜。
掩膜是用来定义芯片上的电路和元件结构的工具。
工程师们使用光刻技术将设计好的图案转移到掩膜上,然后再将图案转移到芯片表面。
掩膜的制作需要高精度的设备和精密的操作,以确保图案的准确传输。
3. 晶圆制备晶圆是芯片制造的基础材料,它通常由硅材料制成。
在晶圆制备阶段,工程师们将硅片加工成圆形薄片,并进行表面的清洁和处理。
晶圆的质量和平整度对后续的工艺步骤至关重要。
4. 沉积沉积是将材料沉积到晶圆表面形成薄膜的过程。
这个过程通常包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)两种方法。
工程师们根据设计要求选择合适的材料和工艺参数,将薄膜沉积到晶圆表面。
5. 硅片刻蚀刻蚀是将多余的材料从晶圆表面去除的过程。
工程师们使用化学或物理方法将不需要的材料刻蚀掉,留下设计好的图案和结构。
刻蚀过程需要精确的控制和高度的准确性,以确保刻蚀的深度和精度。
6. 清洗和检测在制造过程的每个阶段,晶圆都需要进行清洗和检测。
清洗可以去除表面的杂质和残留物,确保晶圆表面的干净和平整。
检测可以发现制造过程中的缺陷和问题,及时进行调整和修复。
7. 离子注入离子注入是将材料离子注入晶圆表面的过程,以改变晶圆的电学特性。
这个过程通常用于形成导电层和控制电子器件的性能。
8. 金属化金属化是在晶圆表面形成导线和连接器的过程。
工程师们使用金属沉积和刻蚀技术,在晶圆表面形成导线和连接器,以连接各个电子器件和电路。
芯片制造工艺流程解芯片制造工艺是指将硅片或其他基材上的电子器件制作工艺。
芯片是现代电子设备的核心部件,无论是手机、电脑还是其他电子产品,都需要芯片来运行。
芯片制造工艺流程是一个非常复杂的过程,包括晶圆制备、光刻、离子注入、蚀刻、清洗、测试等多个环节。
下面我们将详细介绍芯片制造工艺的流程。
1. 晶圆制备芯片制造的第一步是晶圆制备。
晶圆是指将硅单晶材料切割成薄片,然后进行多道工序的加工制备成圆形的硅片。
晶圆通常是通过切割硅单晶材料得到的,然后经过化学机械抛光等工艺处理,最终得到表面光洁度高、平整度好的硅片。
2. 光刻光刻是芯片制造工艺中非常重要的一步。
光刻技术是利用光刻胶和光刻模板将芯片上的图形转移到光刻胶上,然后通过蚀刻将图形转移到芯片上。
光刻技术的精度和稳定性对芯片的性能有很大影响,因此在芯片制造工艺中占据着非常重要的地位。
3. 离子注入离子注入是将芯片表面注入不同的杂质原子,以改变芯片的导电性能。
离子注入可以通过控制注入深度和注入浓度来改变芯片的电性能,从而实现不同的功能。
4. 蚀刻蚀刻是将芯片上不需要的部分去除,以形成所需的图形和结构。
蚀刻通常使用化学蚀刻或物理蚀刻的方法,通过控制蚀刻液的成分和浓度,以及蚀刻时间和温度等参数来实现对芯片的加工。
5. 清洗清洗是芯片制造工艺中非常重要的一环。
在芯片制造过程中,会产生大量的杂质和污染物,如果不及时清洗,会严重影响芯片的性能和稳定性。
因此,清洗工艺在芯片制造中占据着非常重要的地位。
6. 测试测试是芯片制造工艺中的最后一步。
通过对芯片的电性能、稳定性等进行测试,以确保芯片的质量和性能符合要求。
测试工艺通常包括静态测试和动态测试,通过对芯片进行不同条件下的测试,来评估芯片的性能和可靠性。
总结芯片制造工艺流程是一个非常复杂的过程,包括晶圆制备、光刻、离子注入、蚀刻、清洗、测试等多个环节。
每一个环节都需要精密的设备和严格的工艺控制,以确保芯片的质量和性能。
芯⽚制造流程详解,具体到每⼀个步骤这篇要讨论的重点则是半导体产业从上游到下游到底在做些什么。
先来看⼀下关联图:图⽚来源:⾃制我们先从⼤⽅向了解,之后再局部解说。
半导体产业最上游是IC设计公司与硅晶圆制造公司,IC设公司计依客户的需求设计出电路图,硅晶圆制造公司则以多晶硅为原料制造出硅晶圆。
中游的IC制造公司主要的任务就是把IC设计公司设计好的电路图移植到硅晶圆制造公司制造好的晶圆上。
完成后的晶圆再送往下游的IC封测⼚实施封装与测试,即⼤功告成啰!局部解说开始!(1)硅晶圆制造半导体产业的最上游是硅晶圆制造。
事实上,上游的硅晶圆产业⼜是由三个⼦产业形成的,依序为硅的初步纯化→多晶硅的制造→硅晶圆制造。
硅的初步纯化:将⽯英砂(SiO2)转化成冶⾦级硅(硅纯度98%以上)。
⽯英砂。
资料来源:农村信息⽹多晶硅的制造:将冶⾦级硅制成多晶硅。
这⾥的多晶硅可分成两种:⾼纯度(99.999999999%,11N)与低纯度(99.99999%,7N)两种。
⾼纯度是⽤来制做IC等精密电路IC,俗称半导体等级多晶硅;低纯度则是⽤来制做太阳能电池的,俗称太阳能等级多晶硅。
多晶硅。
资料来源:太阳能单多晶硅材料硅晶圆制造:将多晶硅制成硅晶圆。
硅晶圆⼜可分成单晶硅晶圆与多晶硅晶圆两种。
⼀般来说,IC制造⽤的硅晶圆都是单晶硅晶圆,⽽太阳能电池制造⽤的硅晶圆则是单晶硅晶圆与多晶硅晶圆皆有。
⼀般来说,单晶硅的效率会较多晶硅⾼,当然成本也较⾼。
硅晶圆。
资料来源:台湾研准股份有限公司(2)IC设计前⾯提到硅晶圆制造,投⼊的是⽯英砂,产出的是硅晶圆。
IC设计的投⼊则是「好⼈」们超强的脑⼒(和肝),产出则是电路图,最后制成光罩送往IC制造公司,就功德圆满了!不过,要让理⼯科以外的⼈了解IC设计并不是件容易的事(就像要让念理⼯的⼈了解复杂的衍⽣性⾦融商品⼀样),作者必需要经过多次外出取材才有办法办到。
这⾥先⼤概是⼀下观念,请⼤家发挥⼀下你们强⼤的想像⼒!简单来讲,IC设计可分成⼏个步骤,依序为:规格制定→逻辑设计→电路布局→布局后模拟→光罩制作。
芯片制造过程图解芯片制造过程图解芯片制造是一项复杂而精密的过程,它是将电子元器件集成到一个小而精密的硅片上,并完成电路板的制造过程。
下面将对芯片制造过程进行图解,以便更好地理解。
第一步:硅片生长芯片制造的第一步是生长硅片。
硅片是芯片的基底,通过在高温高压的环境下将单晶硅溶解在液态硅中,再通过控制温度和时间等参数,使其重新结晶,最终形成一个纯净的硅片。
第二步:晶圆制备在硅片生长完成后,需要将硅片进行切割,制备成厚度约为0.7毫米的圆片,即晶圆。
晶圆上固定了薄膜、导线等构成芯片电路的各种元件。
第三步:光刻光刻技术是芯片制造中的关键步骤之一。
在这一步骤中,晶圆上涂覆上一层光刻胶,然后通过模具上的光刻掩膜,将光投射到晶圆上。
光刻胶会受到光的照射而固化,形成确定的图案。
第四步:刻蚀在完成光刻步骤后,需要使用刻蚀机对晶圆进行刻蚀。
刻蚀是通过化学反应或物理气相反应,将未固化的光刻胶去掉,以便在后续步骤中进行电路的导线和通孔的制作。
第五步:薄膜沉积薄膜沉积是为了在晶圆表面上形成各种功能膜层,例如金属导线和绝缘层。
通过物理气相沉积或化学气相沉积的方法,在晶圆表面上沉积薄膜材料。
第六步:电路形成电路形成是芯片制造的核心步骤之一。
通过使用光刻技术和刻蚀技术,将导线和通孔等电路形成在晶圆上。
第七步:封装封装是芯片制造的最后一步,也是将芯片转化为电子器件的关键步骤。
在这一步骤中,将晶圆中的芯片通过焊接、粘贴等方法与支持电路板连接起来,并用封装材料进行固定和保护。
通过以上步骤,一个芯片的制造过程就完成了。
当然,芯片制造还包括测试和分选等环节,以确保质量和性能符合要求。
芯片制造过程的复杂性和精密性使得芯片制造成为高技术含量和高附加值的产业。
芯片制造过程和原理
芯片制造过程和原理是现代电子工业中非常重要的一个领域。
芯片是电子产品的核心,如何制造高质量、高性能的芯片成为电子工业的关键问题之一。
芯片制造的过程大致包括晶圆加工、掩膜制作、光刻、化学蚀刻、薄膜沉积、离子注入、热处理、清洗等一系列工艺。
其中,晶圆加工是芯片制造的第一步,它通常采用硅片作为基材,通过高温熔融、拉扯、抛光等工艺将其制成薄片。
掩膜制作是芯片制造中非常重要的一步,它决定了芯片电路的形状和大小。
基本上,掩膜制作是在光刻机上进行的,通过掩膜板上的图形转印到光敏材料上,并通过光刻光线的照射使得光敏材料发生化学变化,最终形成芯片电路。
化学蚀刻是芯片制造的另一个重要工艺,它用于去除光刻后未受光的部分。
通常情况下,化学蚀刻是通过将芯片放入化学液中,使得化学液对芯片表面的材料进行腐蚀,最终形成芯片电路。
除了以上工艺之外,芯片制造还涉及到薄膜沉积、离子注入、热处理和清洗等一系列工艺。
这些工艺共同作用,最终形成完整的芯片电路。
总体来说,芯片制造是一项非常复杂的工艺,要求高度精密和高度自动化。
随着电子工业的不断发展,芯片制造技术也在不断进步,未来将会更加高效、智能化。
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芯片制造全工艺流程芯片制造全工艺流程主要包括晶圆加工、掩膜制作、曝光、刻蚀、清洗和封装等多个步骤。
下面将简要介绍芯片制造的全工艺流程。
首先是晶圆加工,是整个芯片制造过程的核心环节。
首先,需要将硅石(Si)提炼出多晶硅(polysilicon),再利用化学气相沉积(CVD)的方法在硅片上生长单晶硅层。
接着进行化学机械抛光(CMP)处理,除去表面的杂质和不平坦的部分。
最后,使用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)方法在晶圆上形成金属或金属氧化物薄膜。
接下来是掩膜制作,掩膜是制造芯片的关键步骤之一。
掩膜是利用光刻技术在晶圆表面形成图案的工具。
首先,在晶圆表面涂覆一层光刻胶,然后使用感光胶涂料静电质子束特异插入刻写(E-beam)或光刻机将所需图案转移到光刻胶上。
然后是曝光,曝光是指将曝光掩膜上的图案转移到晶圆表面的过程。
曝光过程主要使用光刻机完成,通过照射紫外光深紫外光等光源,将光刻胶上的图案映射到晶圆表面,形成图案。
接下来是刻蚀,刻蚀是将未被光刻胶保护的部分进行物理或化学腐蚀,形成所需的结构。
常用的刻蚀方法有干法刻蚀和湿法刻蚀两种。
干法刻蚀是利用物理或化学方法将晶圆表面未被光刻胶保护的部分腐蚀掉。
湿法刻蚀是将晶圆浸泡在特定的溶液中,通过化学腐蚀的方式将晶圆表面未被光刻胶保护的部分溶解掉。
然后是清洗,清洗是将晶圆表面的杂质和残留物去除的过程。
清洗通常使用化学溶液和超纯水来处理晶圆,通过浸泡、喷洗和旋转等方式将晶圆表面的污染物清除。
最后是封装,封装是将芯片封装到具有引脚和保护外壳的封装中。
封装主要分为无引脚封装和引脚封装两种形式。
无引脚封装主要适用于超大规模集成电路(VLSI)和系统级芯片(SoC),目的是为了进一步减小芯片的尺寸。
引脚封装则是将芯片封装到具有引脚的插座中,以便连接到其他电路或设备中。
综上所述,芯片制造的全工艺流程主要包括晶圆加工、掩膜制作、曝光、刻蚀、清洗和封装。
每个步骤都需要精密的设备和严格的工艺控制,以确保芯片的质量和性能。
芯片制作的7个流程芯片制造是一个复杂精细的过程,通常涉及七个主要的流程。
这些流程包括晶圆制备、光刻、雕刻、清洗、离子注入、金属沉积和封装测试。
详细介绍如下:1.晶圆制备:芯片制造的第一步是准备晶圆。
晶圆是由硅等半导体材料制成的圆片,通常直径为8英寸或12英寸。
在此步骤中,晶圆表面必须是干净、平滑且无缺陷的,以确保最终芯片的品质。
2.光刻:光刻是一种通过光照和化学处理在晶圆上图案化的过程。
在这个过程中,一层光刻胶被涂覆在晶圆表面上,然后使用掩膜和紫外线光照射,使光刻胶部分发生变化。
通过不同的光刻层和能量分布,可以在晶圆表面创建所需的微小结构。
3.雕刻:雕刻是将光刻胶中未被光照的区域去除的过程。
雕刻可以使用化学腐蚀或物理蚀刻方法来实现。
通过去除光刻胶,暴露在晶圆表面的区域可以被进一步加工和补充。
4.清洗:在雕刻之后,晶圆表面可能会残留一些不需要的物质,如光刻胶残留或金属杂质。
清洗流程用于去除这些残留物,以确保晶圆表面的纯净度和平滑度。
常用的清洗方法包括化学清洗和超纯水清洗。
5.离子注入:离子注入是向晶圆表面注入特定材料的过程。
这种方法可以改变半导体材料的电学性质,如改变其导电性或控制晶体缺陷。
通过对离子种类、能量和注入时间的控制,可以实现精确的材料变化。
6.金属沉积:金属沉积是将金属材料沉积在晶圆表面的过程。
这是为了建立芯片中的导线和电路连接。
金属沉积可以使用物理气相沉积、化学气相沉积或物理激发沉积等技术来实现。
7.封装测试:最后一个流程是芯片的封装和测试。
这包括将芯片封装在一个保护性外壳中,并对其进行各种电学和功能测试。
这些测试可以确保最终芯片的功能和性能达到预期,并满足质量标准。
总结起来,芯片制造的七个主要流程包括晶圆制备、光刻、雕刻、清洗、离子注入、金属沉积和封装测试。
这些流程需要高度的精确度和注意细节,以确保最终芯片的质量和性能。
芯片的生产工艺流程芯片是现代电子产品中不可或缺的组成部分,它的生产工艺流程经过了多年的发展和完善,逐渐形成了一套成熟的生产流程。
本文将详细介绍芯片的生产工艺流程,包括晶圆制备、光刻、蚀刻、离子注入、金属化、封装测试等环节。
首先,让我们来看看芯片的生产过程中的第一步——晶圆制备。
晶圆是芯片制造的基础材料,通常由硅材料制成。
晶圆制备的过程包括原料准备、熔炼、晶体生长、切割和抛光等环节。
在这个过程中,需要高温高压条件下对硅材料进行处理,以获得高纯度、无瑕疵的晶圆材料。
接下来是光刻工艺,这是芯片制造中非常关键的一步。
光刻工艺通过光刻胶和光刻机将芯片上的图案转移到晶圆上。
首先,将光刻胶涂覆在晶圆上,然后使用光刻机通过紫外光照射,将图案投影到光刻胶上,最后通过化学溶解将未曝光的光刻胶去除,留下所需的图案。
蚀刻是接下来的一步,它是利用化学腐蚀的方法将晶圆表面的材料去除,从而形成所需的结构。
蚀刻工艺需要根据具体的芯片设计要求选择合适的蚀刻液和工艺参数,以确保蚀刻的精度和质量。
离子注入是芯片制造中的另一个重要环节,它可以改变晶圆表面的导电性能。
通过将掺杂剂离子注入晶圆表面,可以形成P型或N型半导体材料,从而实现芯片上不同区域的导电性能差异。
金属化是将芯片上的导线和连接器用金属材料覆盖,以实现电路的连接和导电功能。
金属化工艺通常包括金属蒸发、金属溅射、金属化蚀刻等步骤,最终形成芯片上的金属导线和连接器。
最后是封装测试环节,这是芯片生产流程中的最后一步。
在封装测试环节,将芯片放入封装材料中,并进行密封、固定和测试。
封装测试的主要目的是确保芯片在实际应用中能够正常工作,并且具有良好的稳定性和可靠性。
综上所述,芯片的生产工艺流程包括晶圆制备、光刻、蚀刻、离子注入、金属化、封装测试等多个环节。
每个环节都非常关键,需要精密的设备和严格的工艺控制,以确保最终生产出高质量、可靠性能的芯片产品。
随着科技的不断发展,芯片生产工艺也在不断创新和完善,以满足不断增长的市场需求和技术要求。
揭秘芯片诞生全过程:真空状态高度自动化生产
2010-10-26 09:38:02 11211 人阅读作者:孝文编辑:Ruskin [复制链接][我要爆料]
据国外媒体报道,如果你希望写一封电子邮件,给网页数据库建索引,以每秒60帧的频率呈现爆炸画面,你必须首先制造一台电脑。
而要制造电脑,你首先得设计和制造微型处理器,快速处理完成上述每个数字动作的数百万个不同的计算步骤,进而采取运算速度达每秒30亿次左右的新步骤。
要做到这一点,你可能需要美国应用材料公司(Applied Material)生产的芯片制造工具。
美国应用材料公司是世界上向半导体行业出售这种设备的主要厂商之一。
应用材料公司的机器设备会令硅晶片(如英特尔硅晶片)遭受超强真空处理、“化学浴”浸泡、高能等离子体加工、紫外光照射等一系列步骤,同时还要使硅晶片经过数百个制造阶段,从而将它们变成CPU、存储器片、图形处理器等。
由于上述步骤不利于人体健康,所以,部分操作步骤必须在密封的真空室内进行,需要机械臂将硅晶片从一个处理站移到另一个处理站。
而机器本身放置在无尘室内。
无尘室的纯净气体和身穿防护服的技术人员可以降低空气受污染的几率:头发上掉下的一个尘粒便能毁坏售价500美元的CPU,所以,公司渴望将发生这种事件的几率降至最低。
《连线》杂志记者日前造访了美国应用材料公司的梅坦技术中心(Maydan Technology Cent er)。
梅坦技术中心是位于加州圣克拉拉市的技术一流的无尘室,应用材料公司在那里开发和测试设备。
整个技术中心的超净工作区占地面积3.9万平方英尺,相当于81个橄榄球场,分成三个大型“舞厅”,每个都堆满了应用材料公司价值数百万美元的设备以及软管、零部件、腐蚀性化学物箱子、工具箱和一堆堆的硅晶片。
1.应用材料公司无尘室
应用材料公司无尘室
在进入梅坦技术中心以前,你必须穿上防护服,戴上面具、护目镜、两幅手套以及将鞋完全套住的塑料袋。
记者甚至不能将笔记本带入内:相反,应用材料公司给了他们几个用收缩膜包装的、在无尘室经过特殊消毒处理的笔记本和钢笔使用。
这里不是生产车间,相反,这个无尘室只是模拟了晶圆厂的环境,应用材料公司的设备将在这种环境下使用,以便公司及其客户可以测试新技术和新工艺,然后真正将它们推向生产线。
所以,此次采访让《连线》记者对尖端半导体制造行业的生产规程有了难得的了解。
2.玻璃光掩膜
玻璃光掩膜
芯片制造的核心技术是平版印刷(光刻),这种技术就像是丝网印刷,只不过不是通过丝制模板将墨滚压至棉T恤上,而是通过玻璃光掩膜,使紫外光照射表面涂有光刻胶(一种有机化合物)的硅衬底上。
在紫外光照射穿透的地方,光刻胶的化学特性会被削弱,使硅晶片表面留下图案。
接着,硅晶片会被送入一个“化学浴室”,在暴露在外的硅衬底上蚀刻沟槽,同时光刻胶覆盖的区域不会受到任何影响。
在去除了光刻胶以后,其他设备会用各种材料填补沟槽,比如用于制造处理器零部件的铜或铝。
此图显示的就是光掩膜,上面印有将打印到硅晶片上的图案。
3.技术一流的机器设备
技术一流的机器设备
随着硅晶片被送进制造车间,它将经过多达250个不同步骤的处理。
这些步骤包括给各种材料覆上一层薄膜,接着蚀刻以制成晶体管和铜线。
右图是应用材料公司的Endura机器。
Endura 平台是一个模块化、可配置系统,用于将金属和金属合金安装到硅晶片。
据应用材料公司的专家介绍,过去20年制造的几乎所有芯片都用到了Endura平台。
左图则是应用材料公司Tetra III先进掩膜刻蚀系统。
世界各地所有的掩膜制造商都利用这套系统开发和生产直径为45纳米的掩膜。
由于应用材料公司正在开发和测试新制造设备,该公司将大量资金投入到科研领域。
2009年,应用材料公司在研发方面的投入高达9.34亿美元,相当于年营收的20%左右。
4.平板印刷室一瞥
平板印刷室一瞥
根据现阶段的技术发展水平制造的芯片直径是30纳米,也就是说,芯片零部件的平均尺寸大概是300亿分之一米。
芯片制造商目前正在开发直径22纳米的芯片设计,这会使得芯片零部件的尺寸更小。
有些零部件的厚度远远超过宽度,有时,这一比例达到60比1,进一步增加了芯片制造的难度。
因为这意味着蚀刻系统必须能以纳米刻度,以超高精度在芯片上刻下极深、极窄的沟槽。
平板印刷室里面点着黄色的灯,避免光掩膜与紫外线相互干扰。
5.极端真空状态
极端真空状态
技术人员在Endura系统的触摸屏界面上工作。
图左是大型银泵,用于在机器内产生极端真空状态——低至10-12个大气。
相比之下,距地面124英里(约合200公里)的高空(航天飞机飞行轨道所在位置)的气压为10-10个大气。
6.“此处无金属”
“此处无金属”
Centura机器右侧的银色金属设备是一个斗式装载机(batch loader),用于快速给一叠硅晶片降压,然后将它们输送至Centura机器中加工。
绿色“无金属工具”标识意味着,这台机器被用在增加铜线路以前的一个过程。
铜是一种污染物,会将加工过程的非金属阶段搞砸,所以,添加铜的机器需要进行小心隔离。
7.前置式晶圆传送盒
前置式晶圆传送盒
过去几十年,用于制造芯片的硅晶片在尺寸上稳步增加,使得制造商可以在每张盘上集成更多的芯片。
从2000年开始,硅晶片直径的行业标准一直为300毫米。
为简化传送过程,将污染的风险降至最低程度,晶圆厂会充分利用前置式晶圆传送盒(简称FOUP)。
每个前置式晶圆传送盒可以在无菌的清洁环境下放置25个硅晶片。
它们能够被放在应用材料公司大多数机器的前端。
接着,机器吸入里面的硅晶片,一个个地自动快速加工。
8.高度自动化
高度自动化
因为放满硅晶片的前置式晶圆传送盒很重,大约为20磅(约合9公斤),自动化就成了无尘室设计的重要部分。
应用材料公司的无尘室有一条自动化悬挂单轨,可将前置式晶圆传送盒从一处输送至另一处。
在照片中显示的密封房间内,最多可以放置700个前置式晶圆传送盒(可装1. 75万个硅晶片)。
机械臂将它们从两侧移进移出,放置在贯穿于整个无尘室的悬挂单轨(这张照片上没显示)。
另外2800个前置式晶圆传送盒可以存放于主无尘室下面的一层。
现代无尘室中的每一台机器都围绕300毫米的硅晶片设计和制造。
新一代芯片将采用450毫米的硅晶片制造,从而实现更大的规模效益。
但是,要与450毫米的硅晶片兼容使用,整个行业必须更换每一个设备零部件,所以,许多公司不愿作出这种调整也可以理解。
一旦实现了这种过渡,这会是应用材料公司、英特尔、AMD等企业之间长期谈判的最终结果。
9.零部件精确制造
零部件精确制造
虽然电脑芯片仅相当于手指甲大小,但却由数亿个晶体管构成,而用于将这些晶体管连接于机器、再将机器与主板和剩余世界连接的配线更是像迷宫一般。
芯片全部是用直径大约1英尺(约合30厘米)的圆形硅晶片制造,每个可以包含200个独立、但外形相同的处理器。
由于偶尔会发生污染事件,虽然无尘室极为干净,制造商仍必须测试那些处理器的每一个零部件,以确保5亿个零部件(每个直径仅30至45纳米左右)在制造过程中不会出现任何瑕疵。
所以,这类机器的成本高达数千亿美元,也就不足为奇了。
一个可容纳数百台此类机器的成熟晶圆厂,建造成本达数十亿美元。
2009年,全球半导体销量总额达2263亿美元,像英特尔这样的公司是世界上最赚钱的企业之一。
10.技术人员休息时间
技术人员休息时间
身穿防护服的工程师和技术人员在无尘室内工作,他们负责设计和监督机器内发生的过程。
不过,一旦某个操作过程启动,它很大程度上属于自动化,工程师和技术人员此时就可以稍微轻松一下。
穿上或脱下这种多层防护服,每次大概需要10分钟时间。
虽然有经验的技术人员可以在几分钟内完成这一步,问题是你在无尘室一般只能呆上很短时间,所以说这个过程足够的繁琐。
所以,技术人员在机器运行时通常不会走出无尘室,而是使用房间内的笔记本电脑处理其他事务。
比如,分析数据,写报告,查看邮件。
当他们做这些事情的时候,其实正用到在这样的无尘室内制造的芯片。