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半导体是现代电子业的基础，业包括我们热爱的音响业。下面详细展示了Intel从沙子到芯片的全过程，满足你的好奇心。1 X4 \1 B. H) y5 y/ J/ R9 X
不知道发到这个版块是否合适，不合适的话请版主迁移~~{:soso_e181:}8 N! f7 R$ b5 ?/ }
/ k9 M% t. b- E/ v6 G1 z, s7 B$ m简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。4 b& x l) V2 H' E) ^" n
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下边就图文结合，一步一步看看主要的过程：7 Q/ W; }$ H' a- o4 f( P
3 J) [! U" f$ x' ~/ W, {- P* k沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(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，这也是半导体制造产业的基础。
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% d9 o5 P! O) y6 A( f硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。9 n0 j6 M' ~7 W8 h: s' u3 @4 u
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单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999％。* g# u4 v2 d* P
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硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？
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% A9 C: m# C/ ]5 S' [晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。1 n" S; S- A5 s3 w4 }* `( g
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光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
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光刻一：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。一般来说，在晶圆上得到的电路图案是掩模上图案的四分之一。9 M1 z& p" a9 S: p5 ]2 h4 W* q' ?
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光刻二：由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。, v5 ^2 Q& R- Z- l
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4 p O: X! v: x: s: d) u6 a+ v溶解光刻胶：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模上的一致。' h' ?$ W: A' C! F1 e+ |; S( F
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/ a' C) {% m7 G4 p8 ^蚀刻：使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。
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5 [! |5 y/ _5 y- O清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案。5 h# Z( L7 \# z
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光刻胶：再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。
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! _- ?6 i; C# P4 Y: [; b0 _) i离子注入(Ion Implantation)：在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。. j2 p" n) ~# d2 y/ @
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清除光刻胶：离子注入完成后，光刻胶也被清除，而注入区域(绿色部分)也已掺杂，注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。5 P2 \" z2 ~/ i* l+ a
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- w7 i1 a, V4 g3 }# n1 i, H5 @晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。
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电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。' k& j/ P, `3 u: u0 e$ v
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; B* p. U Z/ W0 i铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。- P$ Z" N' E/ y7 I6 k3 J7 B
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抛光：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。
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金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。" O, p% L# e7 j" Q' H: y- J9 D3 w
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晶圆测试：内核级别，大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。
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发表于 2011-7-18 14:35:58