有了光刻机,还需要5个重要工艺,才能做出一颗CPU:3分钟看懂光刻机工作流程 |
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有了光刻机,还需要5个重要工艺,才能做出一颗CPU:3分钟看懂光刻机工作流程
2020-01-31 14:33:34
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创作立场声明:Tony哥的PC日常 光刻机如何将CPU从砂子、图纸上生产出来?![]() 大家都知道,将晶圆制作成CPU、GPU以及DRAM、NAND芯片时,都需要借助光刻机来实现。那么,这其中有多少个主要流程呢? 以下,笔者精简其中最主要的几个步骤供大家参考,另外可以结合另外几篇文章搭配食用: 《为什么做CPU的“晶圆”不做成“晶方”?方形硅片不是产量更大吗》 《i3和i7本是孪生兄弟,价格悬殊原因何在?真相竟和钻石一个道理》 第一步:制作光刻掩膜版(Mask Reticle)芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后,就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上,供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。 光刻掩膜版:(又称光罩,简称掩膜版),是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。(*百度百科)
从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅,这里不再赘述。将准备好的晶圆(Wafer)扔进光刻机之前,一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜,如使用二氧化硅(覆化)作为光导纤维,便于后续的光刻流程: 使用阿斯麦的“大杀器”,将紫外(或极紫外)光通过蔡司的镜片,照在前面准备好的集成电路掩膜版上,将设计师绘制好的“电路图”曝光(光刻)在晶圆上。(见动图): 上述动图的工作切片层级关系如下:
通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后,通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作,进而完成半导体元件的全部建设。 做到这里可不算大功告成,这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中,普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构,晶体管、绝缘层、布线层等等:
因此,在完成一层光刻流程之后,需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖,然后重新涂上光阻,烧制下一层电路结构: 多次重复上述操作之后,芯片的多层结构搭建完毕(下图): 如果上图不太好理解的话,可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图: 当然,我们可以通过高倍显微镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况:
使用光刻机烧制完毕的晶圆,包含多个芯片(Die),通过一系列检测之后,将健康的个体们切割出来:
将切割后的芯片焊(粘)接在对应的基座上,焊接相应的Pin针脚或触点:
上图看着是不是有点复杂?换个简单的一眼就明白了:
以上就是“极简版”使用光刻机烧制半导体芯片的制作流程。当然了,实际的制作工序绝非这么简单,文中不足之处还望各位芯片达人在评论区多多指正,感谢感谢!
我国本土具备完全自主知识产权的国产光刻机仅有90nm水平。另外,在上述关键流程所涉及的晶圆覆膜、光刻胶等辅材的供给上,也需要国外进口(或重金购买知识产权转让)。因此,走完从砂子到CPU的完整自主之路,还需多年努力奋斗,望祖国加油!(ง •_•)ง ![]() |
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