一堆沙子是如何製造出來芯片的

沙子是如何變成芯片的? 這是一堆沙子。 將沙子倒入石英乾鍋中進行高溫融化, 然後得到液態硅。 接着在液態硅中放入紫金。 液態硅就會緩慢地在紫金周圍結晶。 當不斷上壓時, 液態硅會繼續不斷結晶, 從而拉出一根筆直的硅釘。 硅釘純度極高,達到11的9。 然後根據需要, 將硅釘切割成0.5到1.5毫米的硅金圓。 由於切割的硅金圓表面並不平整, 所以還需要對金圓進行拋光。 完成後, 一塊合格的硅金圓就形成了。 接下來就能進行芯片製造了。 首先需要進行氧化。 在金圓表面覆蓋一層二氧化硅。 接着通過沉積, 在二氧化硅上再鋪上一層氮化硅。 最後使用旋轉塗層技術, 將光刻膠均勻塗附到氮化硅上面。 接下來要做的就是光刻過程。 這也是芯片製造最困難的一步, 因爲需要用到光刻機。 光刻機制造難度極大, 但是光刻的原理卻很簡單。 使用極紫外光, 照射到刻有電路圖的眼模板上。 眼模板上的電路圖是這樣的。 然後紫外光通過光學鏡片, 聚焦到底部的金圓上。 從而將眼模板上的電路圖, 雕刻到金圓的光刻膠上。 紫外光是來回移動進行雕刻的。 一塊金圓可以雕刻幾百塊相同的電路圖。 我們放大金圓可以看到, 暴露在紫外線下的光刻膠被固化了, 也就是淺藍色的方塊。 而灰色的地方沒有被紫外光照射, 那這些地方的光刻膠, 就需要被處理掉。 怎麼處理呢? 這就要用到顯影, 將顯影溶劑覆蓋到金圓表面。 當我們放大金圓可以看到, 沒有被紫外光照射的灰色區域, 光刻膠已經被顯影溶劑去除, 露出了光刻膠下面綠色的氮化硅層。 接着綠色的氮化硅層也被腐蝕掉, 露出最下層的硅金圓, 然後通過清洗, 將淺藍色的光刻膠層去除。 接下來要做的就是石刻。 那如何進行石刻呢? 石刻前需要將暴露在外面的硅金圓, 再塗上一層絕緣的二氧化硅層, 然後將金圓放入石刻機進行石刻。 通過石刻後, 二氧化硅層和氮化硅層 都被石刻掉了, 留下了我們需要的區域。 接着就需要在這些正方形方格內, 進行離子注入。 爲了保護不需要摻雜的黃色區域, 這時需要在金圓表面 再塗上一層光刻膠, 同樣地使用光刻和顯影技術, 將我們需要的區域暴露出來, 不需要摻雜的區域則覆蓋上光刻膠。 完成後, 就能進行離子注入了。 離子注入主要就是摻雜, 比如常見的PN結, 磷離子注入到硅表面, 會形成N型半導體, 而硼離子注入到硅表面, 則形成P型半導體, 然後將它們組合在一起, 就是PN結了。 離子注入完成後, 接下來就能將光刻膠去除了。 觀察摻雜區域, 可以看到, 這些區域的導電性被改變了。 經過這幾個步驟後, 一個簡單的晶體管就雕刻出來了。 這還沒完, 接下來還需要進行電鍍。 以增加芯片的電性能, 我們以其中一個晶體管爲例, 通過電鍍工藝, 將銅離子沉澱到晶體管上, 從而在晶體管表面 塗附一層金屬銅膜, 接着將多餘的銅拋光掉, 形成極其平整的晶圓表面。 到這裏我們已經制造出了 所有的晶體管, 現在要做的就是將這些晶體管 互相連通起來, 這需要進行金屬化處理, 通過電子束蒸發或者建設沉積等工藝, 在晶體管上形成金屬線路, 這些金屬線路縱橫交錯, 四通八達, 最終形成了一張 極其複雜的電子交通信息網, 一塊紙夾蓋大小的芯片上, 能有超過上百億的晶體管, 然後將製造好的金圓進行切割, 並進行封裝, 封裝時, 需要將芯片上的接點, 用導線連接到封裝外殼的引腳上, 最後蓋上保護外殼, 到這裏, 一塊完整的芯片就製造完成了, 需要注意的是, 整個芯片製造過程極其複雜, 製造工藝都是在納米級別進行操作, 並且整個製造工藝超過數百個, 本視頻大大簡化了整個過程。