芯片是什么?用什么材料做的?有什么特点和用途

芯片是什么?用什么材料做的?有什么特点和用途,第1张

除去硅之外,制造芯片还需要一种重要的材料就是金属。目前为止,铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料,而铜则逐渐被淘汰,这是有一些原因的,在目前的芯片工作电压下,铝的电迁移特性要明显好于铜。所谓电迁移问题,就是指当大量电子流过一段导体时,导体物质原子受电子撞击而离开原有位置,留下空位,空位过多则会导致导体连线断开,而离开原位的原子停留在其它位置,会造成其它地方的短路从而影响芯片的逻辑功能,进而导致芯片无法使用。这就是许多Northwood Pentium 4换上SNDS(北木暴毕综合症)的原因,当发烧友们第一次给Northwood Pentium 4超频就急于求成,大幅提高芯片电压时,严重的电迁移问题导致了芯片的瘫痪。这就是intel首次尝试铜互连技术的经历,它显然需要一些改进。不过另一方面讲,应用铜互连技术可以减小芯片面积,同时由于铜导体的电阻更低,其上电流通过的速度也更快。

除了这两样主要的材料之外,在芯片的设计过程中还需要一些种类的化学原料,它们起着不同的作用,这里不再赘述。芯片制造的准备阶段在必备原材料的采集工作完毕之后,这些原材料中的一部分需要进行一些预处理工作。而作为最主要的原料,硅的处理工作至关重要。首先,硅原料要进行化学提纯,这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。而为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要,还必须将其整形,这一步是通过溶化硅原料,然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。

而后,将原料进行高温溶化。中学化学课上我们学到过,许多固体内部原子是晶体结构,硅也是如此。为了达到高性能处理器的要求,整块硅原料必须高度纯净,及单晶硅。然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅锭就产生了。从目前所使用的工艺来看,硅锭圆形横截面的直径为200毫米。不过现在intel和其它一些公司已经开始使用300毫米直径的硅锭了。在保留硅锭的各种特性不变的情况下增加横截面的面积是具有相当的难度的,不过只要企业肯投入大批资金来研究,还是可以实现的。intel为研制和生产300毫米硅锭而建立的工厂耗费了大约35亿美元,新技术的成功使得intel可以制造复杂程度更高,功能更强大的集成电路芯片。而200毫米硅锭的工厂也耗费了15亿美元。下面就从硅锭的切片开始介绍芯片的制造过程。

单晶硅锭在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后,下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑,之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要,它直接决定了成品芯片的质量。

单晶硅锭新的切片中要掺入一些物质而使之成为真正的半导体材料,而后在其上刻划代表着各种逻辑功能的晶体管电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙,彼此之间发生原子力的作用,从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。而N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下,切片被掺入化学物质而形成P型衬底,在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计,这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下,必须尽量限制pMOS型晶体管的出现,因为在制造过程的后期,需要将N型材料植入P型衬底当中,而这一过程会导致pMOS管的形成。

在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热,通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度,空气成分和加温时间,该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中,门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分,晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动,通过对门电压的控制,电子的流动被严格控制,而不论输入输出端口电压的大小。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果,而且在光刻蚀过程结束之后,能够通过化学方法将其溶解并除去。

光刻蚀这是目前的芯片制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤,为什么这么说呢?光刻蚀过程就是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕,由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格,需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。设计每一步过程的所需要的数据量都可以用10GB的单位来计量,而且制造每块处理器所需要的刻蚀步骤都超过20步(每一步进行一层刻蚀)。而且每一层刻蚀的图纸如果放大许多倍的话,可以和整个纽约市外加郊区范围的地图相比,甚至还要复杂,试想一下,把整个纽约地图缩小到实际面积大小只有100个平方毫米的芯片上,那么这个芯片的结构有多么复杂,可想而知了吧。

当这些刻蚀工作全部完成之后,晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上,然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质,而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

掺杂在残留的感光层物质被去除之后,剩下的就是充满的沟壑的二氧化硅层以及暴露出来的在该层下方的硅层。这一步之后,另一个二氧化硅层制作完成。然后,加入另一个带有感光层的多晶硅层。多晶硅是门电路的另一种类型。由于此处使用到了金属原料(因此称作金属氧化物半导体),多晶硅允许在晶体管队列端口电压起作用之前建立门电路。感光层同时还要被短波长光线透过掩模刻蚀。再经过一部刻蚀,所需的全部门电路就已经基本成型了。然后,要对暴露在外的硅层通过化学方式进行离子轰击,此处的目的是生成N沟道或P沟道。这个掺杂过程创建了全部的晶体管及彼此间的电路连接,没个晶体管都有输入端和输出端,两端之间被称作端口。

重复这一过程

从这一步起,你将持续添加层级,加入一个二氧化硅层,然后光刻一次。重复这些步骤,然后就出现了一个多层立体架构,这就是你目前使用的处理器的萌芽状态了。在每层之间采用金属涂膜的技术进行层间的导电连接。今天的P4处理器采用了7层金属连接,而Athlon64使用了9层,所使用的层数取决于最初的版图设计,并不直接代表着最终产品的性能差异。

接下来的几个星期就需要对晶圆进行一关接一关的测试,包括检测晶圆的电学特性,看是否有逻辑错误,如果有,是在哪一层出现的等等。而后,晶圆上每一个出现问题的芯片单元将被单独测试来确定该芯片有否特殊加工需要。

而后,整片的晶圆被切割成一个个独立的处理器芯片单元。在最初测试中,那些检测不合格的单元将被遗弃。这些被切割下来的芯片单元将被采用某种方式进行封装,这样它就可以顺利的插入某种接口规格的主板了。大多数intel和AMD的处理器都会被覆盖一个散热层。在处理器成品完成之后,还要进行全方位的芯片功能检测。这一部会产生不同等级的产品,一些芯片的运行频率相对较高,于是打上高频率产品的名称和编号,而那些运行频率相对较低的芯片则加以改造,打上其它的低频率型号。这就是不同市场定位的处理器。而还有一些处理器可能在芯片功能上有一些不足之处。比如它在缓存功能上有缺陷(这种缺陷足以导致绝大多数的芯片瘫痪),那么它们就会被屏蔽掉一些缓存容量,降低了性能,当然也就降低了产品的售价,这就是Celeron和Sempron的由来。在芯片的包装过程完成之后,许多产品还要再进行一次测试来确保先前的制作过程无一疏漏,且产品完全遵照规格所述,没有偏差。

总体来说不就是两个啊

1个是INTEL公司的 奔腾 跟赛扬 再就是AMD

AMD 是一家业务遍及全球的集成电路供应商,专为电脑、通信及电子消费类市场供应各种芯片产品,其中包括用于通信及网络设备的微处理器、闪存、以及基于硅片技术的解决方案等。

AMD 除了在世界各大城市设有办事处之外,还在美国、欧州、日本及亚洲等地设有生产中心。AMD 创办于 1969 年,总公司设于美国硅谷,有超过 70% 的收入来自国际市场,是一家真正意义上的跨国公司。公司在美国纽约股票交易所上市,代号为 AMD。

AMD 开发新产品时,力求产品能够满足客户的需要,不会单纯为创新而创新。AMD 作出每一个决定时,都会考虑"以客户为中心进行创新",并以此作为指导思想,让公司员工清晰知道产品的发展方向,也让公司能够在这个基础上与业务伙伴、客户以及用户建立更密切的合作关系。

AMD 深信公司文化对公司的未来发展非常重要,其重要性甚至不亚于所制造的产品。我们热爱工作,拥有锲而不舍的精神。在这样的高尚情 *** 驱使下,我们一直积极寻找发展的机会,致力开发能适合客户需要的创新技术,并充分把握每一个市场商机,与广大的用户、业务伙伴与客户携手合作,帮助他们获益。AMD 具有刚毅不屈的精神,致力在世界上竞争最激烈的行业内持续发展,这是 AMD 企业文化的独有特色。

AMD 的产品系列

计算产品 (Computer Products)

台式电脑、笔记本电脑、工作站及服务器都普遍采用性能卓越并可与微软 (Microsoftò) Windowsò 兼容的 AMD 微处理器,以满足全球数以百万计的家庭及企业用户的计算要求。

惠普 (HP)、IBM 及富士通西门子 (Fujitsu-Siemens) 等多家誉满全球的电脑大厂一直销售基于 AMD 速龙? 及 AMD Opteron?(皓龙) 处理器的个人电脑以及企业级电脑。专为企业级服务器及工作站而设计的 AMD Opteron?(皓龙) 处理器曾多次获奖,是目前全球最高性能的 2 路及 4 路服务器处理器,可同时发挥 32 位及 64 位的卓越计算性能,让企业用户可以按照自己的实际需要逐步将系统升级,改用 64 位计算技术。

AMD64 技术是业内首创可与广泛采用的 x86 架构兼容的 64 位微处理器技术,AMD Opteron?(皓龙) 处理器以及即将推出的 AMD 速龙 64 处理器都采用 AMD64 技术。AMD Opteron?(皓龙) 处理器最适用于服务器及工作站,而 AMD 速龙 64 处理器则成功将 64 位计算技术引进台式及笔记本电脑。全球众多处理器之中只有 AMD 这两款处理器可以同时执行现有 32 位软件及新一代业内标准 64 位软件,并使系统性能大大提升。AMD 秉承优良的传统,致力为广大用户提供各种高效技术。 AMD Opteron?(皓龙) 处理器及 AMD 速龙 64 处理器的推出实现了 AMD 普及 64 位计算的梦想。

非易失性快闪存储器 (Non-volatile Flash Memory)

对于移动电话、电子消费产品、汽车电子系统、个人电脑及外围设备、网络及电信设备等电子产品来说,闪存是一种关键性的支持技术,这是因为闪存在电源关闭之后仍可保留已储存的资料。AMD 与富士通公司携手合作,成立一家合资企业,销售以 Spansion? 这个全球性品牌为产品名称的闪存。Spansion 闪存解决方案备有多种不同的密度及功能特色,可满足不同市场的不同需求,世界各地的客户可直接向 AMD 及富士通公司洽询购买这系列闪存产品。

个人联接解决方案 (Personal Connectivity Solutions)

AMD 的个人联接解决方案以个人电脑以外的上网设备为目标市场,锁定的目标产品包括平板电脑、汽车导航及娱乐系统、家庭与小型办公室网络产品以及通信设备。AMD 的一系列 Alchemy? 解决方案有低功率、高性能的 MIPSò 处理器、无线技术、开发电路板及参考设计套件。随着这些新的解决方案相继推出,AMD 的产品将会更加多元化,有助确立 AMD 在新一代产品市场上的领导地位。

研究与开发

AMD 在技术研发上取得很大的成就,客户可以充分利用 AMD 的研发成果开发各种性能更高、功能更齐备以及功率更低的解决方案。

为了确保公司产品继续保持其竞争优势,AMD 多年来一直致力投资开发未来一代的先进技术,这些新一代的技术通常要在多年后才会广泛应用于各种企业级系统之中。目前 AMD 已着手开发未来 5 至 10 年 都可适用的高性能技术。

目前 AMD 设于加州桑尼韦尔 (Sunnyvale) 及德国德累斯顿 (Dresden) 的先进技术研发中心分别负责多个研发项目。此外,AMD 目前也与 IBM 合作开发新一代的工艺技术。这方面的开发工作正在设于纽约 East Fishkill 的 IBM 半导体研发中心进行。

AMD 的自动化精确生产 (APM) 技术

APM 技术是 AMD 已注册的 200 多种专利及正在申请注册的专利的工艺技术集合,它是 AMD 制造工厂赖以 *** 控其生产设施的神经中枢。由于 AMD 的 200mm Fab 30 芯片厂以及生产 Spansion 闪存的 Fab 25 芯片厂都采用 APM 2.0 工艺技术,因此可以充分利用工艺决策自动化以及物料拾放自动化等技术,这是前所未有的创举,使 AMD 能以符合成本效益的方法进行生产,满足全球客户对优质产品的量产需求。

AMD 设于德国德累斯顿的 Fab 30 芯片厂拥有先进的生产设施,可以采用先进的 130 纳米工艺技术生产高性能的微处理器。Fab 30 芯片厂是欧洲首家采用铜连线工艺技术生产半导体的工厂,也是率先采用绝缘硅片 (SOI) 进行生产的芯片厂。

AMD 与富士通公司合资经营的多家芯片厂,其中包括设于美国德州奥斯汀的 Fab 25 芯片厂及设于日本 Aizu-Wakamatsu 的 JV1、JV2 及 JV3 等三间芯片厂。上述芯片厂全部采用 130 及 170 纳米技术生产创新的低电压 Spansion 闪存芯片。

AMD 的"后端工序"工厂负责进行装配、测试及封装等工序。若要确保所生产的解决方案品质稳定上乘,这些负责"后端工序"的工厂都具有举足轻重的作用。这些工厂全部采用先进的生产设施,每一产品都必须经过至少一个经过精心策划的工序才可出厂交货。AMD 有多家负责后端生产工序的工厂,他们分别设于中国苏州、马来西亚槟城、泰国曼谷、及新加坡。

AMD 简介

AMD(美国纽约股票交易所代号:AMD)于1969年在美国加利福尼亚州的桑尼韦尔成立,是个人和网络计算机及通信市场上的全球集成电路供应商,在美国、欧洲、日本和亚洲都设有制造厂。作为一家"标准普尔500"选定的指标上市公司,AMD为通信和网络应用生产和提供微处理器、闪存和基于硅技术的解决方案。


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