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为什么要将晶元切割成CPU?为什么不直接使用晶元做处理器?
光刻,晶圆,芯片为什么要将晶元切割成CPU?为什么不直接使用晶元做处理器?
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
左:硅原子结构;中:掺杂砷,多出自由电子;右:掺杂硼,形成电子空穴
11.绝缘层处理
此时晶体管雏形已经基本完成,利用气相沉积法,在硅晶圆表面全面地沉积一层氧化硅膜,形成绝缘层。同样利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上开孔,以便引出导体电极。
12.沉淀铜层
利用溅射沉积法,在晶圆整个表面上沉积布线用的铜层,继续使用光刻掩模技术对铜层进行雕刻,形成场效应管的源极、漏极、栅极。最后在整个晶圆表面沉积一层绝缘层以保护晶体管。
13.构建晶体管之间连接电路
经过漫长的工艺,数以十亿计的晶体管已经制作完成。剩下的就是如何将这些晶体管连接起来的问题了。同样是先形成一层铜层,然后光刻掩模、蚀刻开孔等精细操作,再沉积下一层铜层。。。。。。这样的工序反复进行多次,这要视乎芯片的晶体管规模、复制程度而定。最终形成极其复杂的多层连接电路网络。
由于现在IC包含各种精细化的元件以及庞大的互联电路,结构非常复杂,实际电路层数已经高达30层,表面各种凹凸不平越来越多,高低差异很大,因此开发出CMP化学机械抛光技术。每完成一层电路就进行CMP磨平。
另外为了顺利完成多层Cu立体化布线,开发出大马士革法新的布线方式,镀上阻挡金属层后,整体溅镀Cu膜,再利用CMP将布线之外的Cu和阻挡金属层去除干净,形成所需布线。
大马士革法多层布线
芯片电路到此已经基本完成,其中经历几百道不同工艺加工,而且全部都是基于精细化操作,任何一个地方出错都会导致整片晶圆报废,在100多平方毫米的晶圆上制造出数十亿个晶体管,是人类有文明以来的所有智慧的结晶。
后工程——从划片到成品销售
14. 晶圆级测试
前工程与后工程之间,夹着一个Good-Chip/Wafer检测工程,简称G/W检测。目的在于检测每一块晶圆上制造的一个个芯片是否合格。通常会使用探针与IC的电极焊盘接触进行检测,传输预先编订的输入信号,检测IC输出端的信号是否正常,以此确认芯片是否合格。
由于目前IC制造广泛采用冗余度设计,即便是“不合格”芯片,也可以采用冗余单元置换成合格品,只需要使用激光切断预先设计好的熔断器即可。当然,芯片有着无法挽回的严重问题,将会被标记上丢弃标签。
15.晶圆切片、外观检查
IC内核在晶圆上制作完成并通过检测后后,就进入了划片阶段。划片使用的划刀是粘附有金刚石颗粒的极薄的圆片刀,其厚度仅为人类头发的1/3。将晶圆上的每一个IC芯片切划下来,形成一个内核Die。
裂片完成后还会对芯片进行外观检查,一旦有破损和伤痕就会抛弃,前期G/W检查时发现的瑕疵品也将一并去除。
未裂片的一个个CPU内核
16.装片
芯片进行检测完成后只能算是一个半成品,因为不能被消费者直接使用。还需要经过装片作业,将内核装配固定到基片电路上。装片作业全程由于计算机控制的自动固晶机进行精细化操作。
17.封装
装片作业仅仅是完成了芯片的固定,还未实现电气的连接,因此还需要与封装基板上的触点结合。现在通常使用倒装片形式,即有触点的正面朝下,并预先用焊料形成凸点,使得凸点与相应的焊盘对准,通过热回流焊或超声压焊进行连接。
封装也可以说是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片,还可以增强导热性能的作用。目前像Intel近些年都采用LGA封装,在核心与封装基板上的触点连接后,在核心涂抹散热硅脂或者填充钎焊材料,最后封装上金属外壳,增大核心散热面积,保护芯片免受散热器直接挤压。
至此,一颗完整的CPU处理器就诞生了。
一个大的晶圆可以切割出很多个CPU,晶圆直径至少10英寸,CPU只是它巨小的一部分。
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