芯片生产全过程-从沙子到封装

从沙子到芯片-3
硅锭切割：横向切割 成圆形的单个硅片， 也就是我们常说的晶 圆(Wafer)。顺便说， 这下知道为什么晶圆 都是圆形的了吧？ 。
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晶圆：切割出的晶圆 经过抛光后变得几乎 完美无瑕，表面甚至 可以当镜子。事实上， Intel自己并不生产这 种晶圆，而是从第三 方半导体企业那里直 接购买成品，然后利 用自己的生产线进一 步加工，比如现在主 流的45nm HKMG(高K 金属栅极)。值得一提 的是，Intel公司创立 之初使用的晶圆尺寸 只有2英寸/50毫米。
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硅熔炼：12英寸/300 毫米晶圆级，下同。 通过多步净化得到可 用于半导体制造质量 的硅，学名电子级硅 (EGS)，平均每一百万 个硅原子中最多只有 一个杂质原子。此图 展示了是如何通过硅 净化熔炼得到大晶体 的，最后得到的就是 硅锭(Ingot)。
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单晶硅锭：整体基本 呈圆柱形，重约100千 克，硅纯度99.9999％。
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处理器：至此就得到 完整的处理器了(这里 是一颗Core i7)。这种 在世界上最干净的房 间里制造出来的最复 杂的产品实际上是经 过数百个步骤得来的， 这里只是展示了其中 的一些关键步骤。
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等级测试：最后一次 测试，可以鉴别出每 一颗处理器的关键特 性，比如最高频率、 功耗、发热量等，并 决定处理器的等级， 比如适合做成最高端 的Core i7-975 Extreme，还是低端型 号Core i7-920。
电镀：在晶圆上电镀 一层硫酸铜，将铜离 子沉淀到晶体管上。 铜离子会从正极(阳极) 走向负极(阴极)。
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铜层：电镀完成后， 铜离子沉积在晶圆表 面，形成一个薄薄的 铜层。

沙子变"黄金"! 揭秘CPU制造全过程CPU是计算机的心脏，它是决定计算机性能的最重要的部件。

同样CPU也是现代社会飞速运转的动力源泉，在任何电子设备上都可以找到微芯片的身影。

不过能完成复杂功能的CPU 确是以沙子为原料做成的，不得不惊叹于人类的智慧！Intel公布了大量图文资料，详细展示了从沙子到芯片的全过程，满足你的好奇心。

简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。

下边就图文结合，一步一步看看：沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(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，这也是半导体制造产业的基础。

硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。

通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。

此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。

单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。

CPU制造：第二阶段图文直播：硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。

顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。

事实上，Intel 自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。

值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。

CPU制造：第三阶段图文直播：光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。

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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事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品， 然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。 值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。第二阶段合影 Nhomakorabea优选课程
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光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体， 类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
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光刻：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理 器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体 管相当于开关，控制着电流的方向。
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现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。
第三阶段合影
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溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和 掩模上的一致。
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第六阶段合影
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抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
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金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复 合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。
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芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看 到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。
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第五阶段合影
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晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞， 并填充铜，以便和其它晶体管互连。