芯片制造流程简介

2.3、光刻光刻胶的使用
--- 尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸) 光刻是用一种特殊的方法把某种图像印到晶圆上的过程。开始时使用一种称为光刻 胶的液体，把它均匀的浇注到旋转的晶圆上。光刻胶这个名字的来源于是这样的， 人们发现有一种物质对特定频率的光敏感，它能够抵御某种特殊化学物质的腐蚀， 蚀刻中涂覆刻它可起到保护作用，蚀掉不想要的材质。曝光 --- 尺寸：晶圆级(大约 300毫米/12英寸)光刻胶硬化后，用一定频率的紫外线照射后变得可溶。曝光过程 需要用到膜片，膜片起到印模的作用，如此一来，只有曝光部分的光刻胶可溶。膜 片的图像(电路)印到了晶圆上。电路图像要经过透镜缩小，曝光设备在晶圆上来回 移动多次，也就是说曝光多次后电路图才能彻底印上去。[注：跟古老的照相机底片 的原理类似]溶解光刻胶 --- 尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸)通过化学过程溶解 曝光的光刻胶，被膜片盖住的光刻胶保留下来。
2.8、金属沉积 晶体管就绪
--- 尺寸：晶体管级 (大约50～200纳米)晶体管的建造快竣工了。 晶体管上方的绝缘层刻蚀出3个小洞，这3个洞里被填充上铜或其它 材质，以便跟别的晶体管导通。 [注：晶体管也就是通俗意义上的三 极管，需要3个引线脚，所以一个晶体管的绝缘层上得刻蚀出3个小 洞]电镀 --- 尺寸：晶体管级 (大约50～200纳米)在该阶段，晶圆浸在 硫酸铜溶液里，作为阴极，铜离子从阳极出发到达阴极，最后铜离 子会沉积在晶体管表面。电镀后序 --- 尺寸：晶体管级 (大约50～ 200纳米) 经过电镀，铜离子在晶圆表面沉积下来形成薄薄的一层铜 。
2.10、包装
单个Die --- 尺寸：die级 (大约10毫米/大约0.5英寸) 单个的die经过前面的工序后被切割成单件。这里显示的是英特尔22纳米微处理的代 号Ivy Bridge的die。打包 --- 尺寸：包装级 (大约20毫米 / 大约1英寸)打包基板， die(电路部分)和导热盖粘在一起形成一个完整的处理器。绿色的基板具有电子和机械 接口跟PC系统的其它部分通信。银色的导热盖可以跟散热器接触散发CPU产生的热 量。 处理器 --- 尺寸：包装级 (大约20毫米 / 大约1英寸)完整的微处理器 (Ivy Bridge) 被称为人类制造出的最复杂的产品。实际上，处理器需要几百个工序来完成---上述仅 仅介绍了最重要的工序--- 是在世界上最洁净的环境 下(微处理器工厂里) 完成的。[注， 粉尘会导致电路短路，制造精密的电路必须在无尘的环境下进行。例如，目前计算机 主板要求的无尘环境是1万等级，也就是说平均1万立方米空气中不得多于1粒粉尘。 CPU电路更加精细，对无尘环境要求会更高]
2.11、级别测试 / 完整的处理器 级别测试
--- 尺寸：包装级 (大约20毫米 / 大约1英寸) 在这个最后的测试阶段，处理器要经过全面的测试，包括功能，性能，功 耗。 筛选 --- 尺寸：包装级 (大约20毫米 / 大约1英寸)根据测试结果筛选， 性能相同的处理器放一起，一个托盘一个托盘的存放，然后发给客户。 零售包装 --- 尺寸：包装级 (大约20毫米 / 大约1英寸) 生产和测试好的处 理器供给系统制造商或以盒包的形式进入零售市场。 [注：从这一步容易了解到，盒包与散片质量无任何差别，在Intel看来，同 一系列同一主频的U体制差别很小。]
2.9、金属层 抛光
--- 尺寸：晶体管级 (大约50～200纳米) 多余的材质会被机械抛光，直到露出光亮的铜为止。金属层 --- 尺寸：晶体 管级(6个晶体管组合起来大约500纳米) 构造多重金属层以一种特殊的结构 来导通(请考虑宏观世界中的“导线”)晶体管，这些“导线”怎么连接，要 由某个型号处理器(例如第2代英特尔Core I5处理器)的架构师和设计团队来 决定。尽管计算机芯片看上去十分平整，其实可能会超过30层，是一个十 分复杂的电路。 一个放大的芯片看上去是由电线和晶体管组成的错综复杂 的网络，该网络看上去像将来某天地面上建造成的多层高速公路系统。
半导体行业-芯片制造
什么是芯片？
• 芯片，又称微电路 （microcircuit）、微芯片 （microchip）、集成电路 （英语：integrated circuit, IC）。是指内含集成电路的 硅片，体积很小，常常是计 算机或其他电子设备的一部 分。
半导体行业伟人
• • • • • 1、改变世界的两周假期------集成电路之父：杰克· 基尔比（JackKilby） 2、模拟器件领域的乔布斯-----鲍伯· 韦勒 3、赛灵思的联合创始人-----Rossfreeman 4、IT行业一个神话-----戈登摩尔 5、“晶体管之父”-----肖克利
2.7、“最后门” 高K/金属门的形成
注：介电常数K为高还是低是相对的，但英特尔的标准跟业界不同，业界普遍采用 IBM的标准，用低K介质能减少漏电流，但是加工困难，目前大规模数字电路多用高 K介质。 牺牲门的去除 --- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米)用膜片工序里的做法，临时(牺 牲)门电极和门电介质被刻蚀掉。真实门现在就会形成了，因为第一门被去掉了，该 工序称为“最后门”。高K电介质的使用 --- 尺寸：晶体管级 (大约50～200纳米)在 称为”原子层”沉积的过程中，晶圆表面覆了一层分子。图中黄色层代表这些层中 的两层。使用光刻技术，在不想要的区域(例如透明二氧化硅的上面)里，高K材质被 刻蚀掉。 金属门 --- 尺寸：晶体管级 (大约50～200纳米)晶圆上形成金属电极 (蓝色)， 不想要的区域用光刻的办法刻蚀掉。 跟高K材料配合(薄薄的黄色层)起来使用，可以 改善晶体管性能，减少漏电流的产生，这是使用传统的二氧化硅 / 多晶硅门不能企 及的。
Fra Baidu bibliotek
IT行业一个神话-----戈登摩尔
• 戈登· 摩尔，1929年1月3日出生于旧金山佩斯卡迪诺，美国科学家，企业家，英特尔公司创始人之一。 • 他是科学家与富豪融为一身的双面人——戈登· 摩尔（Gordon Moore）在IT行业有一个神话，这个神话就是 一条定律把一个企业带到成功的顶峰，这个定律就是“摩尔定律” 。信息产业几乎严格按照这个定律以指 数方式领导着整个经济发展的步伐，这个定律的发现者不是别人，正是世界头号CPU生产商Intel公司的创 始人之一的戈登· 摩尔（Gordon Moore）。
差分放大电路（消除了信号中的噪声并放大信号）
1.3 仿真与测试
电路图绘制
版图绘制（按客户给的规则排版）
版图与电路匹配检查
2.芯片制造：从沙子到芯片，CPU是如何制 造出来的（短片）
2.1、沙子 / 硅锭
硅是地壳中含量位居第二的元素。常识：沙子含硅量很高。硅 --- 计算机芯片的 原料 --- 是一种半导体材料，也就是说通过掺杂，硅可以转变成导电性良好的导 体或绝缘体。[注：半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的一种材料。掺杂是一 种手段，通常加入少量其它某种元素改变导电性。熔融的硅 --- 尺寸：晶圆级 (~300毫米 / 12英寸) 为了能用于制造计算机芯片，硅必须被提纯到很高的纯度(10亿个原子中至多有 一个其它原子，也就是99.9999999%以上) 硅在熔融状态被抽取出来后凝固，该 固体是一种由单个连续无间断的晶格点阵排列的圆柱，也就是硅锭。单晶硅锭 --尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸) 硅锭的直径大约300毫米，重约100千克。 单晶硅就是说整块硅就一个晶体，我们日长生活中见到的金属和非金属单质或化 合物多数以多晶体形态存在。
2.4、离子注入 离子注入
--- 尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸) 覆盖着光刻胶的晶圆经过离子束(带正电荷或负电荷的原子)轰击后，未被光刻 胶覆盖的部分嵌入了杂质(高速离子冲进未被光刻胶覆盖的硅的表面)，该过程 称为掺杂。由于硅里进入了杂质，这会改变某些区域硅的导电性(导电或绝缘， 这依赖于使用的离子)。这里展示一下空洞(well)的制作，这些区域将会形成晶 体管。[注：据说这种用于注入的带电粒子被电场加速后可达30万千米/小时] 去 除光刻胶--- 尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸)离子注入后，光刻胶被清除， 在掺杂区形成晶体管。 晶体管形成初期 --- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米) 图中是放大晶圆的一个点，此处有一个晶体管。绿色区域代表掺杂硅。现在的 晶圆会有几千亿个这样的区域来容纳晶体管。
能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了 信息技术进步的速度。
全球芯片公司排名
• • • • • • • • • • 1.英特尔(中国)有限公司 2.三星电子株式会社 3.上海半导体科技有限公司 4.高通无线通信技术有限公司 5.超威半导体产品有限公司 6.SK海力士半导体有限公司 7.德州仪器半导体技术有限公司 8.美光半导体技术有限公司 9.联发博动科技有限公司 10.华为技术有限公司
目录
1.IC设计 2.芯片制造 3.晶圆测试 4.IC封装与组装
1.IC设计
1.1 数字电路设计 1.2 模拟电路设计 1.3仿真与测试
1.1 数字电路（逻辑设计）
数字电路设计负责的是系统功能的实现
状态机
逻辑图
1.2 模拟电路设计（仿真信号处理）
模拟电路设计负责的是输入信号的优化（增加电源电路，或优化电路布局 等），使输入信号免受器件影响
• 戈登摩尔1965年提出“摩尔定律”， 1968年创办Intel公司，1987年将CEO的位置交给安迪· 葛洛夫。1990
年被布什总统授予“国家技术奖”， 2000年创办拥有50亿美元资产的基金会。2001年退休，退出Intel的董 事会。
• 摩尔定律内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性
2.2、硅锭 / 晶圆切割
--- 尺寸：晶圆级(大约300毫米/12英寸)硅锭被切割成单个的硅片，称之为晶圆。 每个晶圆的直径为300毫米，厚度大约1毫米。晶圆 – 尺寸：晶圆级(大约300 毫米/12英寸)晶圆抛光，直到无瑕，能当镜子照。Intel从供货商那里购买晶圆。 目前晶圆的供货尺寸比以往有所上长，而平均下来每个芯片的制造成本有所下 降。目前供货商提供的晶圆直径300毫米，工业用晶圆有长到450毫米的趋势。 在一片晶圆上制造芯片需要几百个精确控制的工序，不同的材料上一层覆一层。 下面简要介绍芯片的复杂制造过程中几个比较重要的工序。
2.5、刻蚀 刻蚀
--- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米) 为了给三门晶体管制造一个鳍片(fin)，上述光刻过程中，使用一种称 为硬膜片(蓝色)的图像材料。然后用一种化学物质刻蚀掉不想要的硅， 留下覆盖着硬膜片的鳍片。
2.6、临时门的形成 二氧化硅门电介质
--- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米) 在光刻阶段，部分晶体管用光刻胶覆盖，把晶圆插入到充满氧的管状熔炉中， 产生一薄层二氧化硅(红色)，这就造就了一个临时门电介质。 多晶硅门电极 -- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米)在光刻阶段，制造一层多晶硅(黄色)，这 就造就了一个临时门电极。绝缘 --- 尺寸：晶体管级(大约50～200纳米)在氧化 阶段，整个晶圆的二氧化硅层(红色透明)用于跟其它部分绝缘。 英特尔使用” 最后门” (也称为 “替代金属门”)技术制作晶体管金属门。这种做法的目的 是确保晶体管不出现稳定性问题，否则高温的工序会导致晶体管不稳定。
3.晶圆测试
用探针台测试芯片各项参数（如阈值电压，限流值，最大值等）
4.IC封装与组装
芯片封装
芯片组装
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