上回说道上百万,上千万,甚至上亿计的transistor..如何设计呢??又如何被制造出来呢?诸位如觉得神奇的话,那就让小弟今天为大家打破神奇吧。。Kevin's Myth buster!!
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图一:电路symbol (circuit symbol)
example of 电路图。。首先circuit designer就会design 电路。。这里就有两粒transistors.. 大致上就是将1 -> 0 或者将 0 -> 1。。这还不是蓝图。。这只是symbol 罢了。。
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图二:电路蓝图(layout mask)
有了电路,layout designer就会将图一的电路画成蓝图。。就很像左图就是图一电路的实际蓝图。。
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图三:system level application design layout mask
左图是一个较完整的系统电路设计蓝图。。里面有上百万的transistors...占据的chip area是6mmx6mm. 完成了这个终极蓝图后,工程师就将蓝图交给foundry..也就是制造芯片的工厂。。我们叫fabrication plant。。
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图四: lithography 中文不懂叫什么。。派seh..
不过道理跟camera film差不多一样。。大家看看mask..也就是图三设计出来的layout mask..它是一层一层的。。大概有8-9层吧。。那个圆咕噜有很多格子格子的就叫做silicon wafer...就是还没切片的芯片。。silicon是什么??简单来说, silicon就是沙。。所以一切magic都是从沙粒开始。。那我们就要光线。。也就是UV-light source, 光线波长大概193nm。。也是目前最广为用的。。不过以后呢,可能就会用laser wave length..大概 13nm.. 这光线就会穿越mask..然后再经过lens 折射至其中一块wafer格子里。。详细情况我会在进一步说明。。那为什么需要lens呢。。这是因为光线波长是193nm..而我们如今transistor 技术是45nm..那么就需要借助lens的optical effect来fine tune transistor geometry...
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step 1: Computer Aided Design
也就是从图一至图三的过程。。结果就是要交出design layout mask给fabrication plant
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step 2: lithography
就是图四说说明的。。
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step 3: silicon crystal growth
也就是刚才圆咕噜咚咚的前身。。在生长的过程中,必须确保silicon 非常的纯净
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step 4: slice of silicon crystal
silicon将会被砖石锯成一片片的silicon wafer... 然后再将其表面磨平至镜子表层那么的平
Making a Transistor process (在silicon wafer 上制作transistor)
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step 5: wafer cover by layer of silicon oxide
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step 6: wafer cover by photo-resist material
photo-resist 是一种可以以光线产程化学效用的物质。。当等下lithography process时,经过光线的折射的部分,将会产生科学效用。。
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step 7: lithography
就如图四的一样,用光线通过我们所设计出来的电路蓝图。。再折射至silicon wafer上。。那蓝图上的pattern..或形状。。也将会印在silicon wafer上。。
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step 8 : removal of photo-resist
那个红色颜色的就是photo-resist material..在经过光线的折射后,曝光在光线的部分,将会被去除掉。。而没曝光的部分,将保护那个表面。。
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step 9 : etching
中文etching 不懂怎么说,大概就是去除的意思。。那就是说,被曝光的表面部分呢,在photo-resist被去除后,再用化学方式去除掉orange color的那层,也就是silicon oxide...
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step 10: doping
简单来说,也就是用激光方式改变那层被去除掉部分silicon material 的electrical behavior...那层黄色的。。就是在经过doping 步骤后,已经改变了其原有的电子behavior...
Adding Wire connection process (将transistor群连接起来。。也就是加所谓的电线)
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step 11: adding wire connection
当transistor layer 完成后。。进一步。。也就是电线了。。也就是在silicon wafer上再加一层金属导电质料比如copper铜。。那层灰色的就是copper layer..
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step 12: photo-resist
同样的。。step 6又重复了。。在metal上加一层photo-resist material
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step 13: lithography
同样的。。在我们design 好了的电子蓝图上,用光线折射原理。。印在photo-resist material上。。。
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step 14: photo-resist removal
电子蓝图上的形状。。也被印在photo-resist..然后再用化学作用将其去除掉。。
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step 15: etching
又是重复着step 9, 用化学作用。。去除掉被光线曝光的部分金属。。那些部分也就是本来在蓝图上是不应该有金属的部分。。。
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step 16: 完工
就那样,金属被正确的复制在silicon wafer上。。这里总共有7-8金属层。。所以,同样的步骤step 11 - step 15..又被重复的运用。。
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step 17: silicon wafer cutting
就那样,同样的步骤从step 7 to step 16..运用在每个silicon wafer格子中。。所以一片wafer 就大概有上百上千的integrated circuit design...完成后,就会一个一个格子的隔出来。。
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step 18 : packaging
被割出来的integrated circuit..就是那个在青色方块中央的。。一小块物体。。就需要把它包装起来。。这个步骤我们就叫做packaging...过后,就是我们平常看到的IC了。。
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图五: real integrated circuit in package
图六: 终于可以送上太空了。。
红色格子的。。就是集体电路啦。。大家看看是不是跟图三用电脑设计出来的电路蓝图有点相似理。。。。也就是从process 好了得silicon wafer里隔出来的IC...橙色格子的也就是package outlook...就那样IC 装置在package里。。然后designer再design电板已开启整个系统操作。。各位这就是一整个电子晶片设计及制造过程。。就那样其实没什么神奇的。。。都是在严谨科学理论及实践上制造出来。。故事告诉我们。。。做事必须一步一步地打下来。。天才似的走直径是不会有好后果的。。。看看credit crunch的教训吧。。
这个世界进步总归得依靠工程师!!