芯片中的几十上百亿晶体管, 是怎么塞进去的呢? 看完算明白了!

科普班的春天2024-04-12 07:55:00  49

第一,原理是很简单的:先镀一层金属薄膜,再涂一层感光胶,再按图案曝光,再洗掉不需要的胶(曝光后不需要的胶会被碱性溶剂(或有机溶剂)洗掉),再用酸洗(蚀刻)掉不需要的金属薄膜(洗掉未覆盖胶的金属薄膜,在设定的温度和时间内被胶覆盖的金属薄膜洗不掉),再用超高浓度的碱性溶剂或有机溶剂洗掉(剥膜)剩余的胶,留下来的就是所需要的金属电路。

第二,这可是个技术活,要先在芯片上种植一棵晶体管,然后放进微波炉,每天定期给芯片施加所需肥料(用途不同肥料不同),晶体管在芯片上会突变式增长,时间越长晶体管数量越多。另一方面,至目前,芯片上仍不能制造大电容,也许永远都不能。芯片上的电容基本上都是几个微微法级的。也不做大功率的电阻,都是亳瓦甚至更小瓦级的,以减少产热。

第三,没有这样简单,IC集成电路的结构非常复杂,这几十亿个晶体管要有逻辑的连接成各种功能的电路,如控制单元,CPU中的运算、寄存、总线以及各种功能模块,这些多功能模块集成在一块不到100~400平方毫米的芯片上,不僅工艺复杂,设计也相当困难,而且要求有较高的成品率。所以,可以说大规模Nm级集成电路是当今世界上最复杂的制造工艺。

第四,简单的说,光刻就是用光来制作一个模版,然后用这个模版盖住晶圆,然后经过高温往晶圆里扩散别的金属,模版遮住的部分扩散不进去,没遮住的部分金属就扩散进去了,这就改变了晶圆的导电性,形成了不同的元器件,有二极管、三极管、电阻、电容等。至于连接这些元器件,先在刚才制作好的晶圆上覆盖一层绝缘层,根据所需连线再制作一个模版,盖住这个晶圆,然后用腐蚀液把模版没盖住的地方腐蚀掉,最后再把腐蚀过的地方,填上导电的金属,线就连好了。实际过程比较复杂,根据实际情况会用很多模版。

第五,科普一下,半导体器件都是通硅单晶片制造、先说单管(三极官、二极菅)都是制在硅片上、然后切开封装即可。工艺上即通过光刻耒制掺杂选区、电连接线图形来实现的。集成电路即将由分立件组成的电路在硅片上通光刻连线来实现,这时硅片形成一块块的完整功能电路、目前都是规模很大(三极管数量)、尺寸愈来愈小、即高集成度IC。其工艺原理是一样的,但设备精度高到一个天花板、电路一般为模拟与数字电路两种、目前主要说的数字电路、且为MosZ艺、二进制运算、布尔逻辑电路。

第六,芯片其实没有完整的图纸,只有加工程序。仿靠某某芯片是绝对行不通的,这比任何迷宫都复杂。大规模芯片是迄今为止人类制造的最复杂的东西,没有精密的仪器和合理的辅助软件,永远都无法完成大规模芯片制造。因此,芯片又是精密化学腐蚀以及复杂程序开发管理的结合物,是除了外星人之外人类最智能的产物。

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