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随着苹果公司2018年秋季产品的发布，映入大家眼帘的除了高昂的价格让大家直呼买不起以外。其实还是有亮点的，作为电子元器件业余爱好者的角度，最关注的就是9nm芯片，那么什么是9nm呢。小小的芯片里几千万的晶体管是怎么安装进去的呢。今天尚微科技的小编就和大家科普一下： 要想造个芯片, 首先, 你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry (外包的晶圆制造公司) 经过再次放大，我们得到了下面的图片。 我们终于看到一个门电路啦! 这是一个NAND Gate(与非门), A, B 是输入, Y是输出. 其中蓝色的是金属1层, 绿色是金属2层, 紫色是金属3层, 粉色是金属4层... 然后怎么做呢? 大体上分为以下几步: 首先搞到一块圆圆的硅晶圆, (就是一大块晶体硅, 打磨的很光滑, 一般是圆的) 1. 湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质) 2. 光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆. ) 3. 离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.) 4.1干蚀刻 (之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的. 现在就要用等离子体把他们洗掉, 或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构, 这一步进行蚀刻). 4.2湿蚀刻 (进一步洗掉, 但是用的是试剂, 所以叫湿蚀刻). --- 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦~ 但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做, 以达到要求. --- 5 等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片) 6 热处理, 其中又分为: 6.1 快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化) 6.2 退火 6.3 热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) ) 7 化学气相淀积(CVD), 进一步精细处理表面的各种物质 8 物理气相淀积 (PVD), 类似, 而且可以给敏感部件加coating 9 分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要这个.. 10 电镀处理 11 化学/机械 表面处理 然后芯片就差不多了, 接下来还要: 12 晶圆测试 13 晶圆打磨 就可以出厂封装了. 放两张照片和大家分享。 这是一个Top-down View 的SEM照片，可以非常清晰的看见CPU内部的层状结构，越往下线宽越窄，越靠近器件层。 这是CPU的截面视图，可以清晰的看到层状的CPU结构，由上到下有大约10层，其中最下层为器件层，即是MOSFET晶体管。 拆解的CPU是AMD的产品，AMD作为IBM阵营的公司，同Intel不同，其采用的是SOI 衬底技术。 关于之前提到的Intel 14nm 技术，在去年的国际电子器件会议上（IEDM2014），Intel公布了其的具体的技术细节，虽然还是有些语焉不详，但已经能够比较完整了解其中的一些工艺进展。 此为3D FinFET中的Fin结构，Fin Pitch（两个Fin之间的距离）为40nm，这对于工艺上是很大的挑战了，同时对于提高集成度缩小成本具有非常重要的意义。 这是整个CPU某一区域的截面TEM图，很明显比我那个粗糙的SEM要清楚太多了。最下层同样是晶体管。 这张图上显示了Intel最新采用的Air Gap技术，图中黑色区域即是air gap。因为空气的K值近乎最低，此举有利于减小互联线之间的寄生电容，减小信号delay。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 同时在IEDM 2014上IBM也公布了SOI阵营的14nm技术，相比Intel的技术，IBM要更加fancy和复杂，估计成本也要高不少。
和Intel的体硅（Bulk Si）技术不一样，IBM采用的是绝缘体上硅（SOI）上的3D晶体管。 9nm的芯片，我们现在手上还没有。没法拍图，但是是同样的道理，工艺更精准。虽然尺寸小了看似不是很多。但背后付出的艰辛是无数电子工程师日以继夜的研发生产出来的。我们享受高科技带来的便利的同时，也感谢他们的付出。尚微科技也会尽最大的努力，分享最前沿的的科技资讯！ |
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