【了不起的芯片】要从一粒沙子说起

 

新思科技科普类短视频栏目《了不起的芯片》全新上线！新思科技一直致力于打造“人人都能懂”的行业科普视频，传播更多芯片相关小知识，解答各类科技小问题。每周3分钟，多一些“芯”知识。

 

这一期，我们聊一聊沙子的那些事儿。

 

▲点击观看视频：一粒沙的自我修养（上）

 

▲点击观看视频：一粒沙的自我修养（下）

 

 

 

给你一堆沙子，能做什么？建一栋房子？摊一张玻璃？或者……造一枚芯片？  芯片是当今所有电子产品的核心，它的精密程度决定着我们生活的智能走向。从小小沙砾到炙手可热的科技心脏，是什么魔法能够“点沙成芯”？

 

 

事实上，沙子并非出生即点亮科技树，想要成为精密的芯片，还要从硅（Si）这种元素说起……

 

 

单纯的硅并不导电,用特殊的物理或化学方法处理后,就能改变它的电导率，让硅能在电压作用下极微弱地导电。还有其他材料也能用类似的方法改变电导率，我们把它们统称为半导体材料。

 

 

利用半导体材料的特性，

可以制造出极其微小的晶体管，

从而构建出容纳了百亿晶体管的芯片。

 

 

制造芯片和造房子十分类似，高楼平地起，地基是关键。芯片的“地基”就是晶圆片，那晶圆是从哪里来的呢？

 

 

让我们跟随小新和小白，一起探秘沙子是如何闯关升级为芯片的吧！

 

 

  第一关：沙子提纯  

 

高纯度的硅砂进入工厂，经历一番高温还原反应和化学提纯反应后，蜕变成纯度99.99999999%的多晶硅。

  第二关：拉伸变形  

 

多晶硅的内部结构不够稳定，为了让它变得适合制造晶圆，把多晶硅加热至熔融状态，将其变成结构稳定的单晶硅棒。

 

  第三关：打磨切割  

 

单晶硅棒被修整打磨后，切成“厚厚的薄片”（0.5mm-1.5mm），经过研磨、清洗、抛光等处理，一块块锃亮如镜的晶圆片就被做出来啦。

 

  第四关：涂抹光刻胶  

 

接下来，晶圆片被密封包装，送进无尘超洁净车间。经过烘焙成膜后，光刻胶被均匀喷淋到了晶圆表面，形成保护层。

 

  第五关：紫外线光刻  

 

光刻胶碰到紫外线会发生变质，我们用紫外线透过掩膜版照射晶圆片，由于掩膜版上图形的遮挡部分不会被照射，电路图案就会被转录到晶圆片上。

 

  第六关：精密加工  

 

氧化，刻蚀，离子注入……

工艺线上十八般武艺各显神通。

没有被光刻胶保护的部分，

进行各种复杂的物理化学反应，

一个个晶体管逐渐成形。

   第七关：沉淀铜层    此时需要在晶圆表面上沉积铜层来布线。再次经历削磨、光刻、刻蚀等操作，沉积下一层铜层，来回往复，将晶体管连接起来，形成极其复杂的多层连接电路网络。

 

 

  Final：芯片封装  

 

芯片加工的最后一关，需要将整个晶圆切割成一个个集成电路裸片，经过电路测试之后，将裸片与底板、散热片等部件进行组装，至此，一枚完整的芯片就诞生啦！

 

等等，你以为结束了吗？

每一枚高质量的芯片都要经历重重考验，打通“等级测试”这道“隐藏关卡”，就能够顺利上工了。

 

如今一颗芯片含有上百亿晶体管，

无论是设计还是制造，

都已经是高度自动化的过程。

从芯片的规格书开始，

芯片设计过程就在不停的

和各种EDA工具打交道，

即便是芯片制造的过程，

也离不开EDA的支持。

 

 

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原文标题：【了不起的芯片】要从一粒沙子说起

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