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CPU|用沙子做的CPU，為什么賣那么貴？( 三 )

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12.離子注入
在特定的區域 ， 有意識地導入特定雜質的過程稱為“雜質擴散” 。 通過雜質擴散可以控制導電類型（P結、N結）之外 ， 還可以用來控制雜質濃度以及分布 。
現在一般采用離子注入法進行雜質擴散 ， 在離子注入機中 ， 將需要摻雜的導電性雜質導入電弧室 ， 通過放電使其離子化 ， 經過電場加速后 ， 將數十到數千keV能量的離子束由晶圓表面注入 。 離子注入完畢后的晶圓還需要經過熱處理 ， 一方面利用熱擴散原理進一步將雜質“壓入”硅中 ， 另一方面恢復晶格完整性 ， 活化雜質電氣特性 。

離子注入法具有加工溫度低 ， 可均勻、大面積注入雜質 ， 易于控制等優點 ， 因此成為超大規模集成電路中不可缺少的工藝 。
10.再次清除光刻膠
完成離子注入后 ， 可以清除掉選擇性摻雜殘留下來的光刻膠掩模 。 此時 ， 單晶硅內部一小部分硅原子已經被替換成“雜質”元素 ， 從而產生可自由電子或空穴 。

左：硅原子結構；中：摻雜砷 ， 多出自由電子；右：摻雜硼 ， 形成電子空穴
11.絕緣層處理
此時晶體管雛形已經基本完成 ， 利用氣相沉積法 ， 在硅晶圓表面全面地沉積一層氧化硅膜 ， 形成絕緣層 。 同樣利用光刻掩模技術在層間絕緣膜上開孔 ， 以便引出導體電極 。

12.沉淀銅層
利用濺射沉積法 ， 在晶圓整個表面上沉積布線用的銅層 ， 繼續使用光刻掩模技術對銅層進行雕刻 ， 形成場效應管的源極、漏極、柵極 。 最后在整個晶圓表面沉積一層絕緣層以保護晶體管 。

13.構建晶體管之間連接電路
經過漫長的工藝 ， 數以十億計的晶體管已經制作完成 。 剩下的就是如何將這些晶體管連接起來的問題了 。 同樣是先形成一層銅層 ， 然后光刻掩模、蝕刻開孔等精細操作 ， 再沉積下一層銅層 。。。。。。 這樣的工序反復進行多次 ， 這要視乎芯片的晶體管規模、復制程度而定 。 最終形成極其復雜的多層連接電路網絡 。

由于現在IC包含各種精細化的元件以及龐大的互聯電路 ， 結構非常復雜 ， 實際電路層數已經高達30層 ， 表面各種凹凸不平越來越多 ， 高低差異很大 ， 因此開發出CMP化學機械拋光技術 。 每完成一層電路就進行CMP磨平 。
另外為了順利完成多層Cu立體化布線 ， 開發出大馬士革法新的布線方式 ， 鍍上阻擋金屬層后 ， 整體濺鍍Cu膜 ， 再利用CMP將布線之外的Cu和阻擋金屬層去除干凈 ， 形成所需布線 。

大馬士革法多層布線
芯片電路到此已經基本完成 ， 其中經歷幾百道不同工藝加工 ， 而且全部都是基于精細化操作 ， 任何一個地方出錯都會導致整片晶圓報廢 ， 在100多平方毫米的晶圓上制造出數十億個晶體管 ， 是人類有文明以來的所有智慧的結晶 。
后工程——從劃片到成品銷售
14. 晶圓級測試
前工程與后工程之間 ， 夾著一個Good-Chip/Wafer檢測工程 ， 簡稱G/W檢測 。 目的在于檢測每一塊晶圓上制造的一個個芯片是否合格 。 通常會使用探針與IC的電極焊盤接觸進行檢測 ， 傳輸預先編訂的輸入信號 ， 檢測IC輸出端的信號是否正常 ， 以此確認芯片是否合格 。
由于目前IC制造廣泛采用冗余度設計 ， 即便是“不合格”芯片 ， 也可以采用冗余單元置換成合格品 ， 只需要使用激光切斷預先設計好的熔斷器即可 。 當然 ， 芯片有著無法挽回的嚴重問題 ， 將會被標記上丟棄標簽 。

15.晶圓切片、外觀檢查
IC內核在晶圓上制作完成并通過檢測后后 ， 就進入了劃片階段 。 劃片使用的劃刀是粘附有金剛石顆粒的極薄的圓片刀 ， 其厚度僅為人類頭發的1/3 。 將晶圓上的每一個IC芯片切劃下來 ， 形成一個內核Die 。

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