一捧沙子的升华之旅:深入浅出,用图片带你解读芯片的制造工艺

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现在,我们正在以前所未有的速度生产数据,存储和计算这些数据需要强大的处理能力。芯片制造,作为人类加工制造科技的顶点,在全球范围内,无数开拓者们正在突破科学的极限,重新排列原子,创造出突破性的技术。今天我来带你了解芯片的制作之旅。

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作为所有现代电子产品的核心,控制电子通过电路的晶体管是一个很小的开关。它比的头发直径还小10000倍。

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为了制造一个处理芯片,数十亿乃至像麒麟990 5G SOC那样,上百亿个晶体管被塞进一个不超过一个指甲的区域。

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这是人类最复杂的壮举和显著成就之一。

芯片的制造过程始于富硅砂的熔化和冷却,形成固体,然后被切成薄片。

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一旦这些硅片进入晶圆厂,这些原始晶圆就开始了他们的漫长且难以置信的旅程。它们将沿着数百英里的自动化高速流水线,从一个设备到另一个设备,经历一系列重要的步骤,如光刻、离子注入和蚀刻,这些步骤为晶体管的关键形成做准备。

Intel第一个制造称为FinFET的三维晶体管。FinFET结构首先要求以鳍的形式建立一个通道。

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英特尔设计了多项创新来克服制造不断缩小晶体管带来的障碍。

其中一项突破性的制造方法,被称为后栅极(Gate-last)工艺。它包括建造和拆除的一个临时的电路门,以便精确放置介电材料和金属栅极。栅极围绕着鳍片并控制电子通过另一个通道。

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另一项发明是将晶体管触点直接移动到有源栅极上。为了实现这一点,首先要使栅极材料凹陷,然后填充绝缘介质材料,以防止产生短路。接下来,对栅极附近的电介质进行蚀刻、填充有凹陷的金属。用创新的自对准过程进行封盖,从而实现高密度接触元件。

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接下来,可以选择蚀刻电介质,暴露出需要连接到第一金属线的部分。这是通过一个创新的通孔边缘和沉积方案实现的,该方案允许在有源栅极上发生接触。

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最后,数十层金属连线会被添加上来来完成整个电路。

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经过一千多个像这样复杂的步骤,晶圆最终完成制备进行模拟和封装。创新的封装过程已经成为高级计算体系结构的一个关键特性。

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二维和三维封装技术使新的设备外形尺寸和其它指标得到提升并最终影响芯片的性能和能效。

新一代的集成设计和制造能力使人类的创新能够几乎影响现代生活方方面面。我国的芯片设计制造企业如海思半导体、中芯国际等企业也正努力追赶国外巨头的脚步,不过前路依然漫长。

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本文由光锥外的记录者原创,欢迎关注,带你一起长知识!!

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