Los chips son tan importantes que todo el mundo está muy preocupado por el desarrollo de la industria de los chips. Por lo tanto, muchas personas también quieren saber más claramente cómo se fabrica el chip. Este artículo le muestra todo el proceso de fabricación de chips a través de una serie de animaciones. El proceso de nacimiento de un chip se puede dividir en tres pasos: diseño, fabricación y empaquetado.
Diseño
El nacimiento de un chip siempre empieza con el diseño. Lo que ves a continuación es el diseño del chip.
Diagrama de diseño de chip
En el diseño de chips, puedes ver muchos de estos símbolos:
Transistor
Estos son símbolos de transistor. El transistor tiene tres pines, la corriente puede fluir entre los pines superiores e inferiores C y E, y el pin medio B es un interruptor que determina si la corriente puede fluir entre C y E. Se parece a la imagen de abajo.
Esquema de operación del transistor
Por supuesto, el dedo meñique haciendo clic en el interruptor es solo una linda simulación; la implementación real está controlada por la corriente del pin B, como se muestra a continuación.
El principio de funcionamiento de los transistores
Como todos sabemos, en los sistemas digitales, la información está representada por 0 y 1, por lo que el estado de conmutación del transistor coincide naturalmente con el estado de 0 y 1. Naturalmente, se convierte en el componente más básico de los circuitos digitales. En otras palabras, con una determinada cantidad de transistores podemos lograr las funciones que queremos; para obtener más y mejores funciones, necesitamos aumentar la cantidad de transistores. Si comparamos un chip con un edificio, entonces los transistores son cada ladrillo del edificio.
Al principio, el transistor se veía así:
Transistor
¿Te sientes un poco ocupado? Como resultado, la gente intentó hacer que los transistores fueran más pequeños y aparecieron los circuitos integrados o chips. En un chip están integrados muchos transistores. Para un chip de la misma área, cuanto más pequeño sea el tamaño de cada transistor, más transistores podrá acomodar y más potente será la función del chip. En pocas palabras, la distancia entre dos pines de un transistor se define como ancho de línea. Cuanto más estrecho sea el ancho de la línea, más pequeños serán los transistores y más transistores podrá acomodar el chip. A menudo decimos que un determinado chip utiliza un proceso de 5 nm o 7 nm, donde 5 nm o 7 nm se refiere al ancho de línea del transistor. Tomemos como ejemplo el último chip Kirin 1020 de Huawei. Utiliza el proceso de 5 nm de TSMC y tiene la asombrosa cantidad de 1.500 millones de transistores.
Kirin 1020 es el procesador de teléfonos móviles más avanzado del mundo.
Fabricación
El chip está diseñado, ¿qué hacer? Los chips se fabrican sobre una pieza redonda de silicio de alta pureza llamada oblea. El silicio es muy puro. La pureza del silicio utilizado para fabricar chips puede alcanzar 15438 09, que es 99,999.
Las obleas están fabricadas con silicio de alta pureza.
Las obleas tienen diferentes diámetros. A medida que la tecnología avanza, el diámetro de las obleas sigue aumentando. Las obleas grandes pueden producir más chips y reducir el desperdicio, lo que conduce a una mejor eficiencia de fabricación y menores costos. En los últimos años, los diámetros de las obleas han aumentado de 4 pulgadas (100 mm) y 6 pulgadas (150 mm) a 8 pulgadas (200 mm) y 12 pulgadas (300 mm). En el futuro se incrementará a 15 pulgadas o incluso 20 pulgadas.
Diferentes tamaños de oblea
El proceso de fabricación de chips es esencialmente el proceso de implementación de transistores sobre materiales de silicio. El transistor en el chip se puede abstraer en el patrón que se muestra en la siguiente figura:
Transistor en el chip
Encima del cristal de silicio, debe haber una capa de silicio. capa aislante de dióxido, y luego otra capa. Una capa de compuesto de silicio conductor (parte roja en la imagen) actúa como un interruptor. El patrón actual de un transistor se muestra a continuación:
Flujo de corriente en un transistor
Todo el proceso de fabricación del chip se divide en muchos pequeños pasos. Primero, la oblea se coloca en un horno a una temperatura de 1000°C para oxidar la superficie de la oblea y formar una capa aislante de dióxido de silicio.
Colocar la oblea en un horno de calentamiento para su oxidación.
Luego se aplica Photoresist a la superficie de la oblea para prepararla para la exposición.