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芯片虽小,但制作它,却是一个极其庞大和复杂的工程

发布时间:2025-03-26

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芯片的制作过程
(把芯片放大10万倍,这些比病毒还小的东西就是晶体管,几百亿个晶体管组成了芯片)

1. 原材料制备

    200公斤 的单晶硅棒。
  • 然后切成厚度不足一毫米的硅片,再打磨光滑表面,精细度达到 0.1纳米,形成芯片的原材料——晶圆。

2. 晶圆运输与加工

    230个芯片(每个芯片仅指甲盖大小),需经历 上千道工序,核心步骤在光刻机中完成。

3. 光刻机:纳米级“雕刻”的核心

    体积对比:光刻机相当于 两辆公交车叠加,内部集成高精度光学与机械系统。
  • 工作原理
    • 工程师设计晶体管线路图,印制到光掩膜上(线路精细度 < 头发丝的 1/10000)。
    • 使用极紫外光(EUV)雕刻电路:
      1. 真空环境中发射高强度激光(强度为金属切割激光的 15倍)。
      2. 激光击中熔融锡液滴,气化产生等离子体并释放极紫外光。
      3. 反射镜收集EUV光,投射至晶圆表面(难度堪比“月球激光精准射中地球手指”)。
    • 环境要求:光刻机内保持真空(空气会吸收EUV光),因此制造难度极高。

4. 电路雕刻流程

    光刻胶涂层:晶圆表面覆盖光刻胶(对普通光敏感,车间需开黄光保护)。
  • 图案转移:EUV光透过光掩膜照射晶圆,光刻胶脱落形成电路图案。
  • 蚀刻与覆铜
    • 腐蚀未受保护区域,形成硅沟槽。
    • 沉积铜层并打磨,防止短路(单层线路厚度仅数纳米)。

5. 多层叠加:构建三维电路

    100余次,叠加 100多层线路,通过金属互联实现层间导电。
  • 洁净要求
    • 车间配备 12000吨新风系统,每2分钟换气一次(比手术室洁净度高百倍)。
    • 超纯水冲洗晶圆,避免灰尘导致短路。

6. 缺陷管理与芯片分级

    缺陷容忍:部分内核缺陷仅降低性能,不影响使用。
  • 等级划分
    • i9芯片:缺陷最少,性能最强,价格最高。
    • i3芯片:缺陷较多,性能适中,定价亲民。

7. 封装与测试

    两个月 加工,CPU最终制造完成。

结语
芯片制造是材料科学、光学、精密机械与洁净技术的巅峰融合。从沙粒到纳米级电路,每一道工序都凝聚着人类对极致的追求。未来,随着技术迭代,芯片上的晶体管密度与性能将持续突破想象!

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