芯片生產全過程

芯片生產全過程1編輯ppt摩爾1965年發(fā)表文章圖片2編輯ppt3編輯ppt4編輯ppt摩爾定律〔18個月翻一番〕驗證5編輯ppt晶圓圖片6編輯ppt晶圓圖片7編輯pptAMDROADMAP20078編輯ppt我國2007芯片產業(yè)9編輯ppt從沙子到芯片-1沙子：硅是地殼內第二豐富的元素，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，這也是半導體制造產業(yè)的根底。10編輯ppt從沙子到芯片-2硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導體制造質量的硅，學名電子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質原子。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)。11編輯ppt從沙子到芯片-3單晶硅錠：整體根本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999％。12編輯ppt從沙子到芯片-3硅錠切割：橫向切割成圓形的單個硅片，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？。13編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓：切割出的晶圓經過拋光后變得幾乎完美無瑕，外表甚至可以當鏡子。事實上，Intel自己并不生產這種晶圓，而是從第三方半導體企業(yè)那里直接購置成品，然后利用自己的生產線進一步加工，比方現在主流的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。14編輯ppt從沙子到芯片-3光刻膠(PhotoResist)：圖中藍色局部就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。15編輯ppt從沙子到芯片-3光刻：光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發(fā)生的化學反響類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。16編輯ppt從沙子到芯片-3光刻：由此進入50-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數百個處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件。晶體管相當于開關，控制著電流的方向?，F在的晶體管已經如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。17編輯ppt從沙子到芯片-3溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，去除后留下的圖案和掩模上的一致。18編輯ppt從沙子到芯片-3蝕刻：使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓局部，而剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的局部。19編輯ppt從沙子到芯片-3去除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部去除后就可以看到設計好的電路圖案。20編輯ppt從沙子到芯片-3光刻膠：再次澆上光刻膠(藍色局部)，然后光刻，并洗掉曝光的局部，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那局部材料。21編輯ppt從沙子到芯片-3離子注入(IonImplantation)：在真空系統(tǒng)中，用經過加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導電性。經過電場加速后，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時

22編輯ppt從沙子到芯片-3去除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被去除，而注入區(qū)域(綠色局部)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經有所不同。23編輯ppt從沙子到芯片-3晶體管就緒：至此，晶體管已經根本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。24編輯ppt從沙子到芯片-3電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負極(陰極)。25編輯ppt從沙子到芯片-3銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓外表，形成一個薄薄的銅層。26編輯ppt從沙子到芯片-3拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓外表。27編輯ppt從沙子到芯片-3金屬層：晶體管級別，六個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成復合互連金屬層，具體布局取決于相應處理器所需要的不同功能性。芯片外表看起來異常平滑，但事實上可能包含20多層復雜的電路，放大之后可以看到極其復雜的電路網絡，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。28編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓測試：內核級別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進行比照。29編輯ppt從沙子到芯片-3晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內核(Die)。30編輯ppt從沙子到芯片-3丟棄瑕疵內核：晶圓級別。測試過程中發(fā)現的有瑕疵的內核被拋棄，留下完好的準備進入下一步。31編輯ppt從沙子到芯片-3單個內核：內核級別。從晶圓上切割下來的單個內核，這里展示的是Corei7的核心。32編輯ppt從沙子到芯片-3封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色)相當于一個底座，并為處理器內核提供電氣與機械界面，便于與PC系統(tǒng)的其它局部交互。散熱片(銀色)就是負責內核散熱的了。33編輯ppt從沙子到芯片-3處理器：至此就得到完整的處理器了(這里是一顆Corei7)。這種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復雜的產品實際上是經過數百個步驟得來的，這里只是展示了其中的一些關鍵步驟。34編輯ppt從沙子到芯片-3等級測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關鍵特性，比方最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級，比方適合做成最高端的Corei7-975Extreme，還是低端型號Corei7-920。35編輯ppt從沙子到芯片-3裝箱：根據等級測試結果將同樣級別的處理器放在一起裝運。36編輯ppt從沙子到芯片-3零售包裝：制造、測試完畢的處理器要么批量交付給OEM廠商，要么放在包裝盒里進入零售市場。這里還是以Corei7為例。37編輯ppt晶圓的生產工藝流程：從大的方面來講，晶圓生產包括晶棒制造和晶片制造兩大步驟，它又可細分為以下幾道主要工序〔其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部屬晶片制造，所以有時又統(tǒng)稱它們?yōu)榫е衅筇幚砉ば颉常壕О舫砷L--晶棒裁切與檢測--外徑研磨--切片--圓邊--表層研磨--蝕刻--去疵--拋光--清洗--檢驗--包裝1、晶棒成長工序：它又可細分為：1〕、融化〔MeltDown〕：將塊狀的高純度復晶硅置于石英坩鍋內，加熱到其熔點1420°C以上，使其完全融化。2〕、頸部成長〔NeckGrowth〕：待硅融漿的溫度穩(wěn)定之后，將〈1.0.0〉方向的晶種慢慢插入其中，接著將晶種慢慢往上提升，使其直徑縮小到一定尺寸〔一般約6mm左右〕，維持此直徑并拉長100-200mm，以消除晶種內的晶粒排列取向差異。3〕、晶冠成長〔CrownGrowth〕：頸部成長完成后，慢慢降低提升速度和溫度，使頸部直徑逐漸加大到所需尺寸〔如5、6、8、12吋等〕。4〕、晶體成長〔BodyGrowth〕：不斷調整提升速度和融煉溫度，維持固定的晶棒直徑，只到晶棒長度到達預定值。5〕、尾部成長〔TailGrowth〕：當晶棒長度到達預定值后再逐漸加快提升速度并提高融煉溫度，使晶棒直徑逐漸變小，以防止因熱應力造成排差和滑移等現象產生，最終使晶棒與液面完全別離。到此即得到一根完整的晶棒。2、晶棒裁切與檢測〔Cutting&Inspection〕：將長成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾局部，并對尺寸進行檢測，以決定下步加工的工藝參數。3、外徑研磨〔SurfaceGrinding&Shaping〕：由于在晶棒成長過程中，其外徑尺寸和圓度均有一定偏差，其外園柱面也凹凸不平，所以必須對外徑進行修整、研磨，使其尺寸、形狀誤差均小于允許偏差。4、切片〔WireSawSlicing〕：由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用環(huán)狀、其內徑邊緣鑲嵌有鉆石顆粒的薄片鋸片將晶棒切割成一片片薄片。5、圓邊〔EdgeProfiling〕：由于剛切下來的晶片外邊緣很鋒利，硅單晶又是脆性材料，為防止邊角崩裂影響晶片強度、破壞晶片外表光潔和對后工序帶來污染顆粒，必須用專用的電腦控制設備自動修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。6、研磨〔Lapping〕：研磨的目的在于去掉切割時在晶片外表產生的鋸痕和破損，使晶片外表到達所要求的光潔度。7、蝕刻〔Etching〕：以化學蝕刻的方法，去掉經上幾道工序加工后在晶片外表因加工應力而產生的一層損傷層。8、去疵〔Gettering〕：用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷感到下半層，以利于后序加工。9、拋光〔Polishing〕：對晶片的邊緣和外表進行拋光處理，一來進一步去掉附著在晶片上的微粒，二來獲得極佳的外表平整度，以利于