15、微芯片制造与发展：从原理到未来挑战

微芯片制造与发展：从原理到未来挑战

1. 微芯片制造流程

1.1 设计阶段

微芯片是有史以来制造的最复杂的设备。最新的芯片中集成的晶体管非常小，这句话末尾的句号里可以容纳200万个晶体管。芯片制造始于初始设计，也就是蓝图。设计团队需要考虑以下问题：需要哪种类型的芯片？芯片的用途是什么？最佳尺寸是多少？他们会与客户、软件公司以及营销和制造人员合作，确定芯片的特性。

当规格确定后，会创建逻辑设计。这是一个关于数百万个晶体管和互连的理论计划，用于控制芯片中的电流流动。接下来，要为芯片的每一层及其晶体管构建物理模型。设计师使用这些模型为每一层创建精确的模板，即光掩模。这些光掩模将用于光刻工艺来制造芯片。

为确保设计符合所有规格，会使用先进的计算机辅助设计（CAD）工具。经过大量的建模、仿真和验证后，芯片就可以进入制造阶段。设计和准备一款新芯片可能需要数百名工程师花费两年多的时间。

1.2 制造阶段

制造芯片的工厂被称为“制造工厂”或“晶圆厂”。制造过程从硅开始，硅由沙子制成。硅是一种良好的半导体，储量丰富，并且该行业已经有几十年使用硅的经验。

硅经过化学处理，使其纯度达到99.9999%。提纯后的硅被熔化并制成长圆柱形的锭。然后将锭切成直径为300毫米的薄片，即晶圆，并进行抛光，直到表面达到完美的镜面光滑度。

每个晶圆可以生产数百个芯片，这些芯片是逐层构建的。这种高精度的工作通过光刻技术完成：将紫外线透过光掩模照射。在晶圆上沉积各层，然后精确地部分去除，以创建晶体管和互连。

晶圆经过测试，以确保其芯片电路符合规格。然后用精密锯将每个晶圆切割成单个矩形芯片，称为“