微芯片是如何制造的?手机芯片的制作回收过程

微芯片是如何制造的?所有的工艺都从一个非常简单的原材料开始。手机芯片回收公司平泽为您全方位解读。视频译文:
沙子是主要的成份由二氧化硅组成。为确保硅晶体符合条件适用于将硅砂转化为硅的芯片的高生产标准,将砂与碳结合并加热至极高温度以去除氧气,还需要许多其他步骤来制造成品,即 一种极纯的单晶硅锭称为公牛,每 1000 万个硅原子中只有一个杂质原子 硅公牛制造成各种不同的直径 最常见的尺寸是 150200 和 300 毫米的大直径晶圆为芯片提供了更多空间然后使用特殊的锯切技术从硅公牛上切割出极薄的晶圆,这些晶圆 是后续芯片生产的基本构建块硅是一种半导体,这意味着它可以导电,也可以作为绝缘体 它的原子结构看起来像这样 每个硅原子都有四个外层电子 没有自由电荷载流子 因此纯单晶硅在室温下是不导电的,以使其具有导电性 将少量特定原子作为杂质添加到晶片中 这些杂质原子的外部电子数量必须比硅多一个或少一个在元素周期表的第十四族中这意味着在此过程中必须使用第十三或第十五族中的元素称为掺杂硼和磷原子是这些族中最合适的元素它们非常接近硅在元素周期表上,因此具有非常相似的性质磷有五个外层电子 当它被插入到硅晶格中时,第五个磷电子可以自由移动,这意味着硅磷晶体是 导电的,相反,硼原子只有三个外层电子,当它们被引入硅晶格时,一个硅电子没有任何键合 这会产生电子空穴 空穴像带正电的粒子一样穿过晶体使材料 导电音乐晶体管建立在 和 导电层上,掺杂晶片晶体管是微芯片中最小的控制单元,它们的工作是控制电压和电流,它们是迄今为止电子电路中最重要的组件芯片上的每个晶体管都包含由硅晶体制成的 和 导电层它们还有一层额外的氧化硅作为绝缘体导电多晶硅应用在每个晶体管的顶部有三个端子,中间的一个连接到栅极,栅极是导电的多晶硅,如果仅向两个外部端子施加电荷,则由于晶体管被阻塞,电流无法流动,但是如果向中间端子施加额外的电荷,则会发生变化然后,来自 层的电子被拉向中间端子,并在与硅晶体和绝缘栅极接壤的区域积累,然后在栅极下方形成 导电材料岛之间的通道,电子现在可以流过该通道 电路以这种方式关闭晶体管可以在电流和 之间来回切换,并在 0 和 1 之间打开和关闭,但是这些层是如何在晶圆上创建的 从晶圆制造芯片的过程从布局和设计阶段开始 高度复杂的芯片由数十亿个集成和连接的晶体管组成 复杂的电路,如微控制器和加密芯片,将被构建在尺寸仅为几平方毫米的半导体表面上 组件数量之多需要深入的设计过程,这需要定义芯片功能,模拟其技术和物理特性,测试其功能和计算单个晶体管连接特殊的设计工具用于制定集成电路的计划并开发三明治层的三维结构 该蓝图被转移到光掩模上,提供电路的几何图像,光掩模用作后续芯片制造过程中的图像模板,以确保芯片的微观结构完美再现,必须在温度和湿度稳定的无尘环境中制造,换句话说,必须在无尘室或无尘室中制作 是一个没有更多的房间超过 0.5 微米的灰尘颗粒在大约 10 升的空气中是允许的这比手术室中的空气还要干净 洁净室中的通风过滤和供应系统因此必须非常复杂 数百万立方米的空气每小时循环一次,数百个风量调节器保持恒定的气流 这些生产区域的员工必须遵守极其严格的着装规范 他们不允许在工作前吸烟或化妆或佩戴任何化妆品或珠宝生产区域只能通过 特殊的气闸芯片建立在从硅池切割的基础晶片上,具体取决于它们的大小可以在一个晶片上制造几十或几千个芯片首先在大约 1,000摄氏度的高温炉中氧化晶片表面摄氏度以创建非导电层,然后均匀地去除光刻胶材料 使用离心力在这个非导电层上注入此涂层过程创建了一个光敏层,然后在此过程中,晶片通过光掩模在称为步进器的特殊曝光机中曝光过山车大小的芯片模板区域称为 用于将电路设计的复杂几何图案转移到硅片上 芯片图案的暴露区域被显影,露出未暴露部分下方的氧化层保留为保护氧化层之后,暴露的氧化层被 在使用湿法或等离子蚀刻显影的区域蚀刻掉 特殊气体与要在反应室中去除的基板结合这使得能够去除在上一步中暴露和显影的窗口中的微观层光刻胶残留物已被剥离,晶圆已被清洗 晶圆已经历 再氧化导电多晶硅沉积在该绝缘层上,然后再次施加光刻胶,并通过掩模将晶片曝光再次剥离暴露的光刻胶,现在多晶硅和薄氧化层被蚀刻掉,这两个层仅在 光刻胶下方的中心下一步是掺杂工艺,将杂质原子引入暴露的硅中,并使用离子注入机将杂质原子射入硅中,这会在光刻胶残留后改变暴露硅的导电率几分之一微米已剥离另一层氧化层 晶圆经历另一个循环,通过掩模和剥离接触孔进行光刻胶曝光,以提供对导电层的访问,使接触和互连能够集成到晶圆中 这是通过沉积金属来完成的合金到 中的晶片上 再次应用光刻胶和掩模未曝光的条带在蚀刻过程后保持原样,提供与底层的接触点,使互连上方的绝缘层具有光滑的表面 它需要化学机械过程 用于以微米精度抛光多余的材料 这些单独的步骤可能会在制造过程中重复多次,直到集成电路完成,具体取决于芯片的大小和类型晶圆现在将包含从几十到数千个芯片的任何东西 单个芯片 通常从晶圆中找出芯片在晶圆上没有彼此齐平排列,因为在锯切过程中晶圆的微小部分会裂开 在各个芯片测试之间总是留下一定量的空间,称为划线结构也集成在芯片之间的空间中,用于占用 生产后立即测量这些技术结构在锯切过程中被破坏最终芯片的尺寸通常在一平方毫米到几平方厘米之间 制造的最后阶段是在此处组装单个芯片被放置在一个封装中并连接端子 结果是一个成品半导体器件可以使用不同类型的端子安装在电路板上可以实现上千个连接触点这里是一些现成封装的半导体元件的例子特殊的更大封装用于功率半导体,用于火车等应用 电动汽车 太阳能电池板和风力涡轮机这些功率半导体设计用于切换高达数百安培的电流和数千次的电压在此级别进行切换会产生高温,这些热量必须通过集成在 此处的封装 您可以看到一些完全封装的功率半导体尖端技术用于在制造过程的每一步进行测试,以确保芯片良率的最高质量水平 研究人员和开发人员使用扫描电子显微镜在不同点反复检查芯片生产过程如果我们将今天的微型电子产品与人的头发进行比较,我们可以看到这些设备是多么小,用于检查组件和分析缺陷的设备是多么精确,这些高水平的精度和质量在工作流程的每个阶段都是必不可少的从洁净室制造到质量控制的硅公牛生产,以提供这些对我们今天和未来的生活产生如此大影响的微小构件,毕竟对创新半导体解决方案的需求正在上升,这些解决方案使生活更轻松、更安全、更安全。实现更多的技术更环保,消耗更少,每个人都可以使用微电子是通往更美好未来的关键生活的一部分明天的一部分 。

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