從沙子到晶元，圖解intel生產全過程！
知道嗎？你手裡拿的手機、辦公用的電腦、看的電視，核心裝置就是晶元。一顆晶元只有指甲蓋大小，上面卻有數公里的導線和幾千萬根晶體管,可謂世界上最精密的雕刻術。而如此精密的元件，主要原料竟然是我們司空見慣的沙子。下面我們通過漫畫了解下，從沙子到晶元的全過程。
漫畫敘述比較簡潔，接下來咱們以intel晶元為例，詳述的描述整個過程：
第一階段
沙子：硅是地殼內第二豐富的元素，而脫氧後的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，這也是半導體製造產業的基礎。
硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用於半導體知道質量的硅，學名電子級硅（EGS），平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最後得到的就是硅錠（ingot）
單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度 99.9999％。
下圖是這個階段的一個總結圖（第一階段）：
第二階段
硅錠切割：橫向切割成圓形的單個矽片，也就是我們常說的晶圓 (Wafer)。順便說，這下知道為什麼晶圓都是圓形的了吧？
晶圓：切割出的是晶圓經過拋光後變得幾乎完美無瑕，表面甚至可以當鏡子。事實上，intel自己並不生產這種晶圓，而是從第三方半導體企業那裡直接購買成品，然後利用直接的生產線進一步加工，比如現在主流的45nm HKMG（高K金屬柵極）。值得一提的是，intel公司創立之初使用的晶圓尺寸只有2英寸/50毫米
下圖是這個階段的一個總結圖（第二階段）：
第三階段
光刻膠(Photo Resist)：圖中藍色部分就是在晶圓旋轉過程中澆上去的光刻膠液體，類似製作傳統膠片的那種。晶圓旋轉可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。
光刻：光刻膠層隨後透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下，變得可溶，期間發生的化學反應類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預 先設計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。
光刻：由此進入納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數百個處理器，不過從這裡開始把視野縮小到其中一個上，展示如何製作晶體管等部件。晶體管相當於開關，控制著電流的方向。現在的晶體管已經如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。
下圖是這個階段的一個總結圖（第三階段）：
第四階段
溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除後留下的圖案和掩模上的一致
蝕刻：使用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。
清除光刻膠：蝕刻完成後，光刻膠的使命宣告完成，全部清除後就可以看到設計好的電路圖案。
下圖是這個階段的一個總結圖（第四階段）：
第五階段
刻膠：再次澆上光刻膠(藍色部分)，然後光刻，並洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會離子注入的那部分材料。
離子注入（ion implantation）：在真空系統中，用經過加速的，要摻雜的院子的離子照射（注入）固體材料，從而在被注入的區域形成特殊的注入層，並改變這些區域的硅的導電性。經過電場加速後，注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時。
清除光刻膠：離子注入完成後，光刻膠也被清除，而注入區域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經有所不同。
下圖是這個階段的一個總結圖（第五階段）：
第六階段
晶體管就緒：至此，晶體管已經基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個孔洞，並填充銅，以便和其它晶體管互連。
電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉澱到晶體管上。銅離子會從正極(陽極)走向負極(陰極)。
銅層：電鍍完成後，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。
下圖是這個階段的一個總結圖（第六階段）：
第七階段
拋光：將多餘的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面。
金屬層：晶體管級別，留個晶體管的組合，大約500納米。在不同晶體管之間形成複合互連金屬層，具體布局取決於相應處理器所需要的不同功能性。晶元表面看起來異常平滑，但事實上可能包含20多層複雜的電路，放大之後可以看到極其複雜的電路網路，形如未來派的多層高速公路系統。
下圖是這個階段的一個總結圖（第七階段）：
第八階段
晶圓測試：內核級別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊晶元進行對比。
晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內核(Die)。
丟棄瑕疵內核：晶圓級別。測試過程中發現的有瑕疵的內核被拋棄，留下完好的準備進入下一步。
下圖是這個階段的一個總結圖（第八階段）：
第九階段
單個內核：內核級別。從晶圓上切割下來的單個內核，這裡展示的是Core i7的核心。
封裝：封裝級別，20毫米/1英寸。襯底(基片)、內核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色)相當於一個底座，並為處理器內核提供電氣與機械界面，便於與PC系統的其它部分交互。散熱片(銀色)就是負責內核散熱的了。
處理器：至此就得到完整的處理器了(這裡是一顆Core i7)。這種在世界上最乾淨的房間里製造出來的最複雜的產品實際上是經過數百個步驟得來的，這裡只是展示了其中的一些關鍵步驟。
下圖是這個階段的一個總結圖（第九階段）：
第十階段
等級測試：最後一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關鍵特性，比如最高頻率、功耗、發熱量等，並決定處理器的等級。
裝箱：根據等級測試結果將同樣級別的處理器放在一起裝運。
零售包裝：製造、測試完畢的處理器要麼批量交付給OEM廠商，要麼放在包裝盒裡進入零售市場。
下圖是這個階段的一個總結圖（第十階段）：
來源：中國電子網、財看見-騰訊新聞
評論處大家可以補充文章解釋不對或欠缺的部分，這樣下一個看到的人會學到更多，你知道的正是大家需要的。。。
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