在IC产业中使用的硅纯度要求必须高达99.999999999%的单晶硅。
3.制备单晶硅锭
单晶每个晶胞含有8个原子,其晶体结构十分稳定。
▲单晶硅的“金刚石”结构
4.硅锭切片
将制备好的单晶硅锭一头一尾切削掉,把硅锭切割成一片片厚薄均匀的晶圆。
5.研磨硅圆片
切割后的晶圆需要经过仔细的研磨,在硅圆片表面成为“无缺陷层”,装入特制固定盒中密封包装。
▲制作完成的硅圆片
二、前工程——制作带有电路的芯片
6.涂抹光刻胶
硅圆片经过检查无破损后投入生产线上,将感光性树脂滴在硅晶圆片上,通过高速旋转均匀涂抹成光刻胶薄膜,并施加以适当的温度固化光刻胶薄膜。
7.紫外线曝光
将涂好光刻胶的晶圆进行掩模图形的“复制”。通过紫外线透过掩模经过特制透镜折射后,在光刻胶层上形成掩模中的电路图案。
8.溶解部分光刻胶
对曝光后的晶圆进行显影处理。
9.蚀刻
将晶圆浸入内含蚀刻药剂的特制刻蚀槽内溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不需要蚀刻的部分,去除晶圆表面附着的杂质。
10.清除光刻胶
通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理去除所有光刻胶。此时完成了第一层设计好的电路图案。
11.重复第6-8步
12.离子注入
在特定的区域,有意识地导入特定杂质。
10.再次清除光刻胶
▲左:硅原子结构;中:掺杂砷,多出自由电子;右:掺杂硼,形成电子空穴
11.绝缘层处理
晶体管利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上开孔,以便引出导体电极。
12.沉淀铜层
在晶圆整个表面上沉积布线用的铜层,使用光刻掩模技术对铜层进行雕刻,形成场效应管的源极、漏极、栅极。
13.构建晶体管之间连接电路
最终形成极其复杂的多层连接电路网络。
▲大马士革法多层布线
芯片电路到此基本完成,在100多平方毫米的晶圆上制造出数十亿个晶体管。
三、后工程——从划片到成品销售
14.晶圆级测试
15.晶圆切片、外观检查
IC内核在晶圆上制作完成并通过检测后后,将晶圆上的每一个IC芯片切划下来,形成一个内核Die。
16.装片
芯片进行检测完成还要经过装片作业,将内核装配固定到基片电路上。
17.封装
18.等级测试
19.装箱零售
CPU完成等级划分测试后分箱进行包装,进入OEM、零售等渠道。
▲CPU制造全过程图解
一条完整而最先进CPU生产线占大头的是前工程里面的***、掩膜板、成膜机器、扩散设备,CPU工厂建设、辅助设备、超净间建设费用才占到20%。