愛伊米

沙子如何變成晶片?積體電路的前世今生,我們一起看看究竟

都說一沙一世界,但是你恐怕不知道沙子居然可以變成晶片。雖然這聽起來風馬牛不相及,但實際上是因為沙子和晶片都有同樣一個元素——矽。沙子裡所含的矽,可以經過一系列製造,最終轉化成為矽晶片。

第一步,從沙子裡提煉矽,純度要達到 9 個 9 的要求,也就是矽含量是 99。9999999%。這就需要對沙子進行物理化學操作,即在單晶爐內將高純度的多晶矽拉制成一塊一塊的單晶矽棒(矽錠)——這叫“拉單晶”。

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第二步,將單晶矽棒切成一片片厚薄均勻的矽片。吃過烤鴨的同學一定對師傅片皮兒的刀工記憶猶新,雖然將單晶矽棒切成矽片的這個做法類似切烤鴨片,但精度和難度卻不是一個數量級。由於切片中不可避免切面表面的損傷,所以需要多次打磨、拋光多道工序,通常成型的晶圓是 8 英寸或 12 英寸(1 英寸等於 2。54 釐米)左右,像鏡子一樣光亮。

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第三步,進行光刻。將光刻膠均勻澆注到旋轉的晶圓上,使表面均勻地噴淋一層“光刻膠”保護層。據說,這膠能保護它們的表面不被刻蝕試劑腐蝕,同時刻完後,還需要對晶圓進行清洗。

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第四步,用鹽水通電方法進行蝕刻,以便去除膠體雜質,然後去掉晶圓上的膠體形成第一層電路。專家們抓住了光刻膠的弱點,在它們的身上玩起了“投影”遊戲,也就是將設計好的微電路投影在單晶矽片身上。晶圓身上沒被光刻膠保護的部分,表面的氧化膜漸漸被腐蝕掉,矽基底就裸露了,接著也變成了電路的形狀。一般會重複這個操作 8 次左右,晶圓被刻得越精細,晶片的效能就越好。

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第五步,進行離子注入,以改變單晶矽圓片表層的極性。該過程主要是透過離子束將摻雜離子注入矽基底,而後,再進行一下熱處理,讓這些外來離子穩定下來,以得到一個成熟的晶圓,就是表面有數十億個微小電晶體的晶圓。

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第六步,離子注入後晶圓片便有了電晶體雛形,在晶片上覆蓋一層一氧化矽絕緣膜,接下來層層完成覆蓋、雕刻、打磨、佈線、連線,最終形成一整塊有完整核心的晶圓。

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第七步,對晶圓進行細分切割。接著,再進行沉積鍍銅工藝。鍍上銅後,還要再次經歷表面磨削、光刻、蝕刻等過程,將鍍好的銅分割成細小的導線,進而將電晶體連線起來。

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第八步,晶片封裝。在這個過程中,晶圓們被分割成一個個積體電路裸片。在透過電路測試後,同散熱片、底板這些部件被封裝到了一起。至此,晶圓成了晶片。封裝測試合格的晶片就可以安裝在手機、電腦、飛機、衛星上,是不是很神奇?