Anything magic about chip? Part II

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!!












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。。














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。。












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。。















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...

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


step 2: lithography
就是图四说说明的。。




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



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)

step 5: wafer cover by layer of silicon oxide





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。。


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。。


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。。


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...

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）

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..


step 12: photo-resist

同样的。。step 6又重复了。。在metal上加一层photo-resist material



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。。。


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。。



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。。。


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。。


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。。

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。。






























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！！