把”沙子变成黄金的芯片制造工艺揭秘

【IT168 技术】 硅是芯片的主要原材料，硅又是什么呢?其实就是那些最不起眼的沙子，经过多个工序，这些沙子会变成价格昂贵、结构复杂、功能强大、充满着神秘感的芯片。今天我们就了解一下“沙子”是如何变成黄金的。

简单说，不算最后的测试环节，芯片的生产时需要经过6个工序的，分别是：硅提纯，切割晶圆，影印，蚀刻，重复、分层以及封装。

首先在硅提纯的过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。

切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核。而在切割晶园过程中，切片越薄，用料越省，自然可以生产的处理器芯片就越多。

切割完成之后，在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解，这就是影印。

而蚀刻工序是芯片生产的重要工作，也是重头技术，简单来说蚀刻就是用激光在硅晶圆制造晶体管的过程，蚀刻这个过程是由光完成的，所以用于蚀刻的光的波长就是该技术提升的关键，它影响着在硅晶圆上蚀刻的最小尺寸，也就是线宽。

重复工序也就是为加工新的一层电路，再次生长硅氧化物，然后沉积一层多晶硅，涂敷光阻物质，重复影印、蚀刻过程，得到含多晶硅和硅氧化物的沟槽结构。重复多遍，形成一个3D的结构，这才是最终的CPU的核心。

尽管这时的芯片已经是一块块晶圆，但它还不能直接被用户使用，必须将它封入一个陶瓷的或塑料的封壳中，这样它就可以很容易地装在一块电路板上了。封装结构各有不同，但越高级的芯片封装也越复杂，新的封装往往能带来芯片电气性能和稳定性的提升，并能间接地为主频的提升提供坚实可靠的基础。

说到这里就不得不说一下摩尔定律。摩尔定律是指：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，性能也将提升一倍，这是由Intel的创始人戈登摩根在1965年提出的。这个定律在过去的几十年都准确无误，但现在他却面临着严峻的挑战。因为从物理定律来看，7nm就是物理极限。一旦晶体管大小低于这一数字，载流子的运动规律都必须考虑到量子效应，这就导致基础的门电路功能错乱。也就是说，一旦工艺做到7nm甚至5nm时，现在这种 CPU制作技术已经基本走到头了。那个时候你会发现，当自己的手机用了三年之后，市面上的华为小米的旗舰性能还是那样，耗电量还是那样，续航能力还是那样。

但这并不是说CPU的性能就会被限制于此，就像从45nm到32nm或者是从22nm到14nm一样，问题总归是可以解决的，只是说这一次可能要改变整个CPU的制作方法或者说材料，要比以往的难得多。