關(guān)于芯片和芯片設(shè)計(jì)的科普-集成電路設(shè)計(jì)人員給家人的科普

從沙子到芯片微電子技術(shù)20世紀(jì)最偉大的技術(shù)信息產(chǎn)業(yè)最重要的技術(shù)進(jìn)步最快的技術(shù)微電子技術(shù)應(yīng)用

芯片，現(xiàn)代社會(huì)的基石PDA：掌上電腦內(nèi)存條手機(jī)計(jì)算機(jī)主板

數(shù)碼相機(jī)電子產(chǎn)品世界第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)--ENIAC1946年2月14日在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的莫爾電機(jī)學(xué)院誕生(莫科里

)，由18,800多個(gè)電子管組成，重量30多噸，占地面積170多平方米

。大?。洪L(zhǎng)30.48m，寬6m，高2.5m；速度：5000次/sec；功率：150KW；平均無故障運(yùn)行時(shí)間：7min電子產(chǎn)品智能手機(jī)2012年2月14日在美國(guó)蘋果公司發(fā)布IPHONE5手機(jī)，CPU型號(hào)：蘋果A6CPU頻率：1024MHzGPU型號(hào)：ImaginationPowerVRSGX543MP3RAM容量：1GBROM容量：16GB

。手機(jī)尺寸：123.8x58.6x7.6mm手機(jī)重量：112g微電子技術(shù)飛速進(jìn)步

自從IC誕生以來，IC芯片的發(fā)展基本上遵循了公司創(chuàng)始人之一的Gordon

E.

Moore1965年預(yù)言的摩爾定律。該定律說：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。微電子技術(shù)飛速進(jìn)步

摩爾定律應(yīng)用于汽車行業(yè)1965年SilverShadow售價(jià)10000英鎊

？？？？0.0000023英鎊=0.3分起源——沙子沙子：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)的基礎(chǔ)。硅提純硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級(jí)，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(jí)硅(EGS)，平均每一百萬個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)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)。硅錠單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。硅片硅錠切割：橫向切割成圓形的單個(gè)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？加工晶圓晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當(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(gòu)買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工，比如現(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。涂膠光刻膠(PhotoResist)：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(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。光刻光刻暈：光鞋刻膠阻層隨墾后透和過掩晌模(M趴as班k)被曝女光在腦紫外左線(U灰V)之下鋸，變漸得可世溶，覆期間哲發(fā)生議的化犬學(xué)反似應(yīng)類掌似按色下機(jī)眾械相棚機(jī)快際門那尖一刻沈膠片佩的變株化。者掩模燙上印保著預(yù)址先設(shè)剛計(jì)好殺的電伍路圖轟案，國(guó)紫外喝線透螞過它督照在威光刻觀膠層貪上，奶就會(huì)貝形成庫(kù)微處將理器鍛的每五一層心電路僵圖案躲。一肆般來草說，笑在晶畜圓上鋼得到長(zhǎng)的電煉路圖粥案是蘇掩模帝上圖殼案的路四分麥之一育。光刻光刻牛：由谷此進(jìn)喝入50贊-2天00納米腐尺寸徐的晶孟體管辟級(jí)別停。一煩塊晶荷圓上爪可以貞切割歐出數(shù)堅(jiān)百個(gè)轟處理植器，澆不過因從這蘋里開辰始把草視野幼縮小渠到其粘中一忠個(gè)上孤，展鳴示如雄何制話作晶薪體管踏等部磚件。日晶體鋒管相蠅當(dāng)于傲開關(guān)索，控秒制著怖電流遍的方廉向。蒸現(xiàn)在伶的晶龍?bào)w管寸已經(jīng)沫如此身之小揀，一餅個(gè)針那頭上怎就能色放下籃大約30馬00萬個(gè)夫。光刻光刻奏膠：仆再次宏澆上蒼光刻牙膠(藍(lán)色槐部分)，然喊后光艘刻，啊并洗糕掉曝既光的魂部分舟，剩保下的閃光刻落膠還狡是用糟來保慨護(hù)不慨會(huì)離就子注轉(zhuǎn)入的橫那部艙分材陡料。離子檢注入離子彈注入(I娘on相I占mp飛la儉nt聯(lián)at爭(zhēng)io醫(yī)n)：在凳真空隨系統(tǒng)京中，已用經(jīng)伍過加厘速的叉、要豬摻雜殃的原隨子的長(zhǎng)離子析照射(注入)固體柏材料駝，從技而在青被注云入的屬區(qū)域抹形成紅特殊尺的注脫入層博，并衡改變燭這些疤區(qū)域籃的硅梢的導(dǎo)錄電性浪。經(jīng)卷過電層場(chǎng)加保速后筋，注尊入的棄離子無流的陶速度喝可以能超過30萬千臨米每革小時(shí)匯。清除疲光刻浙膠清除項(xiàng)光刻壞膠：饒離子翅注入誘完成趁后，弟光刻曉膠也辦被清浩除，紅而注好入?yún)^(qū)闖域(綠色籮部分)也已離摻雜循，注椅入了欄不同劫的原治子。徹注意日這時(shí)志候的燃綠色曉和之拐前已右經(jīng)有全所不察同。晶體強(qiáng)管就刊緒晶體擠管就篇緒：用至此合，晶蔥體管攝已經(jīng)弦基本設(shè)完成侄。在班絕緣扶材(品紅冷色)上蝕否刻出椒三個(gè)接孔洞耐，并這填充傅銅，西以便籃和其寬它晶杯體管宣互連些。電鍍電鍍規(guī)：在凳晶圓藥上電鎖鍍一系層硫熟酸銅鴨，將供銅離紗子沉嫌淀到陡晶體拆管上墾。銅丈離子曾會(huì)從屈正極(陽(yáng)極)走向葬負(fù)極(陰極)。電鍍銅層霉：電硬鍍完秀成后抄，銅桐離子每沉積禾在晶紙圓表片面，勝形成魄一個(gè)己薄薄使的銅逼層。拋光拋光歌：將違多余夾的銅潑拋光幟掉，有也就速是磨柿光晶貞圓表勁面。庭。金屬煩層金屬勸層：直晶體頂管級(jí)路別，摘六個(gè)愁晶體廢管的遭組合醒，大愁約50朗0納米睬。在糞不同記晶體箏管之箭間形叮成復(fù)教合互蔽連金雙屬層屠，具炭體布版局取騰決于墳相應(yīng)梅處理軌器所課需要羞的不圓同功瀉能性次。芯峰片表申面看欣起來間異常茶平滑標(biāo)，但吹事實(shí)翻上可賭能包顏含20多層窯復(fù)雜楊的電蘋路，維放大恒之后計(jì)可以亦看到賊極其映復(fù)雜帳的電棄路網(wǎng)連絡(luò)，蛾形如宵未來么派的腦多層把高速考公路福系統(tǒng)嫁。晶圓興測(cè)試晶圓儲(chǔ)測(cè)試：內(nèi)往核級(jí)記別，去大約10毫米/0棉.5英寸閑。圖衣中是氏晶圓復(fù)的局喉部，襲正在露接受王第一抄次功帆能性柳測(cè)試拖，使顆用參束考電豪路圖切案和邊每一階塊芯柏片進(jìn)初行對(duì)銀比。晶圓距分割晶圓代切片(S英li旋ci豆ng獄)：晶蓋圓級(jí)棍別，30女0毫米/1帝2英寸閘。將神晶圓位切割爐成塊振，每俊一塊袍就是附一個(gè)臥處理辱器的筑內(nèi)核(D投ie征)。分選丟棄譽(yù)瑕疵額內(nèi)核：晶州圓級(jí)巖別。慶測(cè)試肅過程葡中發(fā)職現(xiàn)的跨有瑕膛疵的掛內(nèi)核麥被拋劑棄，蝦留下歉完好躺的準(zhǔn)頁(yè)備進(jìn)廉入下驅(qū)一步養(yǎng)。內(nèi)核單個(gè)豆內(nèi)核：內(nèi)詢核級(jí)限別。妄從晶蝕圓上未切割蠶下來朵的單排個(gè)內(nèi)恭核，釀這里捏展示經(jīng)的是Co尿re甜i至7的核噴心。封裝封裝：封織裝級(jí)狗別，20毫米/1英寸丙。襯底(基片)、內(nèi)版核、攀散熱兇片堆疊航在一精起，剩就形拖成了銷我們般看到敲的處耀理器兵的樣譽(yù)子。球襯底(綠色)相當(dāng)炎于一置個(gè)底萍座，份并為代處理柄器內(nèi)猛核提池供電榮氣與農(nóng)機(jī)械鍵界面充，便恭于與PC系統(tǒng)仔的其位它部和分交壺互。附散熱億片(銀色)就是慢負(fù)責(zé)唉內(nèi)核竭散熱槳的了凝。成品處理綠器：至半此就室得到融完整遣的處先理器捎了(這里鵲是一啟顆Co些re智i展7)。這苗種在射世界呀上最篇干凈蝕的房秩間里戴制造泄出來謎的最及復(fù)雜稱的產(chǎn)略品實(shí)泡際上秩是經(jīng)掩過數(shù)繼百個(gè)符步驟針得來質(zhì)的，比這里交只是幻玉展示節(jié)了其渠中的介一些鼻關(guān)鍵趨步驟攜。包裝等級(jí)螺測(cè)試：最購(gòu)后一秩次測(cè)庭試，溫可以爭(zhēng)鑒別芽出每辜一顆總處理躲器的排關(guān)鍵墾特性這，比蜓如最康高頻蔽率、引功耗括、發(fā)殿熱量虹等，搞并決愿定處撐理器量的等枯級(jí)，蜂比如盾適合莖做成梅最高孝端的Co符re腔i認(rèn)7-附97鑼5利Ex鄭tr摟em窯e，還黎是低像端型壯號(hào)Co嫂re熔i廳7-遮92羊0。裝箱：根井據(jù)等警級(jí)測(cè)陸試結(jié)衛(wèi)果將恩同樣洞級(jí)別甩的處轉(zhuǎn)理器啦放在私一起殘裝運(yùn)槽。零售瘦包裝：制黃造、礦測(cè)試鐵完畢籃的處傳理器狡要么躲批量壺交付想給OE宇M廠商付，要音么放盾在包美裝盒殼里進(jìn)守入零毯售市波場(chǎng)。敗這里爐還是何以Co詳re陽(yáng)i妖7為例振。利用ME列MS技術(shù)忽可以抄生產(chǎn)隊(duì)各種照復(fù)雜漠的3-桐D結(jié)構(gòu)發(fā)展族趨勢(shì)微循憲環(huán)陀辯螺儀陀價(jià)螺電路聲設(shè)計(jì)芯片忽里面?zhèn)蚴鞘舱Z么呢繼？什么竭是集彎成電銅路？IC翁–篇I貴nt微eg擦ra負(fù)te夢(mèng)d肅C射ir蹄cu突it半導(dǎo)僚體器催件半導(dǎo)具體材擠料-硅、擦鍺等襯底+摻雜能不或能把把這些佳半導(dǎo)縣體器炎件組糧成的慚電路評(píng)做在鑰一起儲(chǔ)？--集成槽電路IC集成陡電路例就是疫指采跨用半努導(dǎo)體己工藝壓，將讀一個(gè)炒電路跟中所齊需要鄰的晶破體管炊、二碗極管命、電釘阻、部電容玩等元向器件抵連同騰它們身之間傾的電巷氣連將線在汁一塊軍半導(dǎo)卵體晶挎片上矩制作析出來集成專電路各的發(fā)真展摩爾蹦定律最典震型的IC劫--公CP河UIC設(shè)計(jì)威公司咳將芯瓶片電擴(kuò)路結(jié)楊構(gòu)設(shè)俊計(jì)好IC制造亞公司迫負(fù)責(zé)腦制造集成致電路灣芯片證顯微佩照片集成計(jì)電路威芯片摘鍵合In運(yùn)te鹽l公司CP笛U—Pe梯nt銜iu玩m?4電路這規(guī)模澡：4千2百萬拍個(gè)晶語體管生產(chǎn)新工藝流：0.播13螺um最快察速度蚊：2.碑4G鉛HzVL爽SI數(shù)字IC的設(shè)壞計(jì)流兵圖模擬IC的設(shè)頃計(jì)流央程圖門陣沖列法湯設(shè)計(jì)稼流程述圖電子荷設(shè)計(jì)棗自動(dòng)冷化隨著IC集成諸度的拋不斷花提高固，IC規(guī)模鉤越來抵越大猶、復(fù)稿雜度寇越來火越高眉，采眉用CA茂D輔助喊設(shè)計(jì)是必汁然趨惱勢(shì)堂。第一團(tuán)代IC設(shè)計(jì)CA畏D工具延出現(xiàn)演于20世紀(jì)60年代摸末70年代媽初，突但只奔能用雜于芯摔片的寧版圖艇設(shè)計(jì)由及版獅圖設(shè)總計(jì)規(guī)鵲則的雞檢查戒。第二逃代CA捕D系統(tǒng)帽隨著銅工作蛙站(W臨or箭ks唇ta良ti齊on剝)的推茅出，苗出現(xiàn)陷于80年代板。其升不僅棕具有敲圖形凍處理因能力今，而技且還椒具有禍原理柱圖輸悟入和怪模擬卻能力衰。如今CA帆D工具涂已進(jìn)厲入了顏第三隊(duì)代，拼稱之潑為ED擦A系統(tǒng)。其副主要附標(biāo)志吉是系煉統(tǒng)級(jí)拐設(shè)計(jì)做工具市的推噸出和博邏輯掌設(shè)計(jì)久工具倦的廣隙泛應(yīng)神用。工作芝站平繩臺(tái)上扇的主污流ED邪A