△涂覆光刻胶及光刻过程(图片来源:The Making of a 22nm Chip,https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/silicon-innovations/22nm-technology-how-transistors-are-made-video.html?wapkw=The Making of a Chip – Intel)
只有晶体管还是不够的,不同晶体管要具备不同的功能,这就需要下一步离子注入过程来给晶体管施加不同的电性。
这里会用到硅这种具有独特性质的半导体。硅的导电性可由精确控制植入的物质而改变。
具体过程为,首先将被掺杂的原子注入到硅晶格中。这些原子在晶格中不均匀分布,但在高温下,掺杂的原子在晶格中变成了均匀分布。
△检查与掺杂(图片来源:https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/silicon-innovations/22nm-technology-how-transistors-are-made-video.html?wapkw=The Making of a Chip – Intel)
铜是下一道程序的重点,精密的铜线将许多晶体管连接起来形成各种电路并发挥各种功能。
但在这一过程中,清洗必不可少,因为环境中的微粒或者杂质潜伏在制造过程中的每一阶段。先在晶圆上镀一层阻挡膜,这有助于防止短路并能保证电路的可靠性。然后再将铜填入沟槽,打磨平整。通过这种方法能在芯片上雕刻出长达数公里的线路。
下图就是芯片中密密麻麻的铜线路的模拟图。
△镀膜与铜线路模拟图(图片来源:https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/silicon-innovations/22nm-technology-how-transistors-are-made-video.html?wapkw=The Making of a Chip – Intel)
最后一步就是封装了,将满足封装要求的芯片打磨过后,用最精细的切割器将制作好的CPU从晶圆上切割下来,贴片焊线,封胶密封。经过测试分选后就能经由各芯片厂进入市场,再送入消费者的手中了。
△封装(图片来源:https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/silicon-innovations/22nm-technology-how-transistors-are-made-video.html?wapkw=The Making of a Chip – Intel)
以上笔者介绍的只是最粗浅的CPU制作过程,中间需要用到的技术难度是普通人难以想象的,因此,CPU真无愧于人类历史上最精密的元器件。
我国半导体行业任重而道远,尽管离美国芯片水平至少有十年的差距,但并不是无法赶上的。国产的存储芯片已经进入消费级市场,几乎可以达到世界平均水平,随之带来的好处就是消费者市场的存储芯片价格直线下降与我国的经济收入的提高。
现在的中国,CPU企业已如雨后春笋一般浮现,正向世界展示中国制造的活力。