CPU处理器|如何把一块石头变成CPU?国外小伙“做到了”( 二 )
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接下来 , 将开始最精细的第三阶段:光刻 。
先在晶圆上涂上光阻(Photoresist)剂 , 然后取一个带有所需电路图案的铬蚀刻石英掩模 , 用激光束照射 , 将电路图案投射到晶圆上 。
此时 , 光罩产生的阴影位置将控制光刻胶在硅片表面发生化学变化的位置 , 当然 , 这取决于使用的是正性还是负性光阻剂 。
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然后 , 倒上显影液 。等待一会后再酸蚀晶片的暴露部分 。
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尽管小伙的步骤相当简单 , 但是光刻的工作属于芯片制造中最关键的一环!一言以蔽之 , 光刻目的即改变晶圆的区域导电状态!
其中 , 蚀刻技术把对光的应用推向了极限 。蚀刻使用的是波长很短的紫外光并配合很大的镜头 。短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上 , 使之曝光 。接下来停止光照并移除遮罩 , 使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜 , 以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅 。
然后 , 曝光的硅将被原子轰击 , 使得暴露的硅基片局部掺杂 , 从而改变这些区域的导电状态 , 以制造出N井或P井 , 结合上面制造的基片 , CPU的门电路就完成了 。
这些工作完成后 , 就是无数次的重复操作:同质外延、异质外延、伪外延、扩散掺杂、铜互连层、化学机械抛光、光刻胶应用、酸蚀刻和光掩模曝光 , 从而在晶片上建立所需的特征 。
也就是长这样--
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光打过去 , 光线在穿过芯片内的透明氧化层时发生薄膜干涉和衍射 , 你看到的晶圆上的图案 , 就来自嵌入芯片内的金属互连层上的光反射 。
此时的晶圆还会闪耀着五彩斑斓的彩虹色 , 意味着现在你得到了一个完整的硅片!
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要知道 , CPU的所有魔法就发生在硅芯片表面的这层薄层中!厚度仅为微米量级 , 但其本身由许多纳米量级的更小薄层组成 。
然后 , 开始了第四阶段:封装 。
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这些未封装的硅片 , 要先定位硅芯片上的焊盘 , 并连接键合线 。
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这些小点就是电线连接点 。
然后 , 使用粘合线或焊锡球 , 在芯片封装上的引脚和硅片上的焊盘之间搭好“电气连接” 。
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终于 , 一块可以使用的CPU制做完成!
显然 , 制造一块现代 CPU 的过程要比小伙演示的更复杂 , 其中有许多精密技术小伙甚至没提到 , 比如光阻剂和显影液的化学成分、浓度、在晶圆上构建特征的方式等等 。
这些都是大公司专利 , 不可能在 HackerNews 、Reddit 或者YouTube上搜得到 。
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