芯片指的是载有集成电路的半导体元件,是我们日常生活中看到的、用到的电子设备,比如:手机、电脑、电视等,这些电子设备想要运行的主要动力,靠的就是内置的指甲盖大小的芯片。芯片在电子设备中的作用就相当于发动机在汽车中的地位。

芯片原材料主要是单晶硅 , 硅是由石英沙所精炼出来的,硅是地壳内第二丰富的元素,脱氧后的沙子,尤其是石英沙,最多包含25%的硅元素,以二氧化硅的形式存在。

制作芯片的第一步是打造“地基”,硅晶圆。
硅晶圆最初的模样其实我们都见过,就是我们所熟悉的沙子。沙子加入碳,在高温的作用下,就可以转化为纯度约99%的硅,硅经过熔化,从中拉出铅笔状的硅晶柱,也就是硅锭。

之后钻石刀会将硅锭切成圆片,圆片经过打磨抛光后便成为了硅晶圆,芯片的“地基”就完成了。

制作芯片的第二步是光刻:光刻可以简单理解成在硅晶圆上刻印上集成电路图案。
具体做法就是在硅片上涂上光刻胶,然后紫外线透过掩膜照射光刻胶,掩膜上印着预先设计好的电路图案。

光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩膜上的一致。用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。

制作芯片的第三步是掺杂:通过离子注入,赋予硅晶体管的特性,让整个晶体管具备流通信息的能力。

首先腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅,并且并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来,从而显示出一个开放通道的3D图案。

然后把硼或磷注入到硅结构中,接着填充铜,以便和其他晶体管互连,然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构,就像密集交织的高速公路。一些高达175层的芯片设计,如3D NAND,刻蚀步骤就显得格外重要和困难。


制作芯片的第四步是封装测试
经过上述的这些流程,就得到了布满芯片的硅晶圆,之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来,焊接到基片上,装壳密封,然后经过测试就可以包装销售了。

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