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小小芯片上的上千万个晶体管是怎么装上去的

不要试图用传统的方法一个接一个地焊接这些相当于头发直径10万分之一的晶体管,因为这是不可能的。用镊子夹住晶体管与夹住空气没有区别,更不用说在纳米计算位置准确焊接晶体管了。

目前,普通人手工操作的最小尺度应该是在宽约1mm、长约3mm的米上刻字。当然,借助超高精度的机床操作,精度可以达到0.01~0.001微米,这种极限精度远远不足以操不够。

是的,我们用光作为雕刻刀。原理就像我们在沙滩上晒太阳。暴露一段时间后,阳光能照射到的皮肤呈现深色,而被遮挡的皮肤阳光无法照射到浅色,因此出现了具体的图案。

首先需要一块纯度99.999999999999%(小数点后12个9)的高纯度晶圆作为基础。这样,晶体管和铜线就可以巩固到各自的位置。

光源是直接决定单位面积能容纳多少晶体管的决定性因素之一。芯片越小,单位面积能容纳的晶体管越多,使用波长越短的光源是最直接的手段。ASML极紫外光刻机(EUV)是以10~极紫外光作为14纳米的光源。

设计好的芯片图纸会成层层光罩,一般由几十层电路组成,每层电路都需要光罩。

一切都准备好了,只欠东风。晶圆加热表面形成氧化膜后,让光通过光罩照射到涂有光刻胶的晶圆上。光罩上的电路图阻挡了光的部分,光的光刻胶会发生反应,容易被化学腐蚀反应分解,或者通过等离子体轰击晶圆表面去除未被光覆盖的位置,一层电路刻在晶圆上。

去除不必要的光刻胶后,将杂质物质注入暴露的晶片中,使晶体管能够高效工作,从而制造半导体元件。注射后的半导体可以在一定温度下加热,恢复晶体结构,消除缺陷,激活半导体材料的电气性能。重复上述步骤可以形成多层电子电路。

多层电子回路之间是通过气相沉积、电镀的方式形成绝缘层和金属连线,而电镀用于生长铜连线金属层。

制成的晶圆通过化学腐蚀和机械研磨相结合,抛光晶圆表面,使表面平整。然后切片、包装和测试制成一个完整的芯片。

芯片制造的原理看似简单,但每一步都是挑战极限

99可以从沙子变成芯片.9999999999999%的高纯度晶圆很难想象。即使是今天使用的极紫外光光源也需要九牛二虎的努力才能取得突破,而且有成千上万种光刻胶。这些都不是极端的难度。极端的难度在于如何将电路一层一层地刻画在晶圆上,同时保持晶体管和电路的清晰度,并在纳米尺度上保持多层光刻电路对齐。

很少有人能在全世界组装光刻机,AMSL它垄断了高端光刻机市场,到目前为止还没有人能看到它。其中能造7nm极紫外光刻机的下列工艺EUV重达180吨,零件超过10万件,90%的关键设备来自外国而不是荷兰,ASML作为整机公司,实质上只负责光刻机设计与集成各模块,需要全而精的上游产业链作坚实支撑。一些流行的话:即使给你EUV光刻芯片的精度也很难调试完整的图纸和配件。

芯片制造需要整个完善的产业链来支撑。对我国来说还有很长的路要走,对于国外的封,只能一步一步,没有它的方法。

标签: 晶体管14

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