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CPU是如何制作出来的?

发布日期:2017-12-07 作者:郑州君华科技有限公司 点击:

  CPU是如何制作出来的?介绍一:将沙子制作成硅圆片

  

  沙子的主要成分为二氧化硅,不过CPU中使用的硅纯度要求达到99.999999999%,所以先要将二氧化硅还原成纯度为98%的冶金级单质硅,然后再提纯出99.99%的多晶硅,但这还不算完,为了让它更适合制作CPU,还要经过不断提纯、形成固定一致形态的单晶硅。

  

  接下来是要制作出单晶硅锭,它长下面那个样子:

  

  完成的单晶硅锭直径约300mm,重约100kg。再将制作好的单晶硅锭切掉头尾,并修整其直径到标准值,然后将硅锭切割成均匀的晶圆:

  

  为了让切割后的晶圆表面光滑,还需要仔细研磨,然后抛光和加热处理,总之让它的表面成为无缺陷,这样闪亮发光的硅圆片就制作出来了。

  

  介绍二:前工程,制作带有电路的芯片

  

  完好的硅圆片可以投入到生产线上了,进入到涂抹光刻胶环节。这是集成电路制造工艺中的一项关键环节。需要将光刻胶滴在硅晶圆片上,均匀涂抹形成光刻胶薄膜,在温度下固化为光刻胶薄膜。

  

  接下来将涂好光刻胶的晶圆放入曝光机中进行掩模图形的“复制”,掩模中有设计好的电路图案,通过紫外线曝光在光刻胶层上形成相应的电路图案。

  

  曝光后的晶圆还要进行显影处理,通过喷射强碱性显影液光刻胶会溶解于显影液中,没有被照射到的光刻胶图案会保留下来,这就上是显影,随后会冲洗、热处理等以蒸发水水分和固化胶。

  

  通过蚀刻药剂溶解掉暴露出来的晶圆部分,被光刻胶保护的部分再保留下来。

  

  再通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理,清除光刻胶。这样就完成了第一层设计好的电路图案。

  

  对于3D FinFET设计的晶体管,还需要重复前面的几个步骤,以获得3D晶体管。

  

  然后在特定的区域,导入特定杂质,杂质扩散能控制导电类型(P结、N结)之外,还能控制杂质浓度以及分布。目前主要是用离子注入法来完成杂质扩散,也是超大规模集成电路中不可缺少的工艺。

  

  这时可以清除掉残留下来的光刻胶掩模,经过离子注入单晶硅内部小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素,就能产生可自由电子或空穴。

  

  至此,基本完成晶体管雏形,接下来需要在在硅晶圆表面全面地沉积氧化硅膜,形成绝缘层,并且需要在层间绝缘膜上开孔,这样能引出导体电极。

  

  接下来需要在晶圆表面上沉积铜层,形成场效应管的源极、漏极、栅极,再在晶圆表面沉积一层绝缘层以能保护晶体管。

  

  经过这些复杂的过程,晶体管算是制作完成,后面需要做的就是把这些晶体管连接起来,通过覆盖铜层、光刻掩模、蚀刻开孔等操作来实现,期间还要利用大马士革法新的布线方式完成多层Cu立体化布线。

  

  到了这一步,芯片电路基本完成,这中间需要几百道不同精累化工艺加工,任何错误都会导致晶圆报废。

  

  在完成了芯片电路后,到成品销售,还需要很多后工程,包括晶圆测试、切片、外观检查、装片、封装,到此一颗真正的CPU就生产出来了。


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