集成電路層級

㈠ 電腦的晶元是什麼材料做的

在今天的半導體製造業中，計算機中央處理器無疑是受關注程度最高的領域，而這個領域中眾所周知的兩大巨頭，其所遵循的處理器架構均為x86，而另外一家號稱信息產業的藍色巨人的IBM，也擁有強大的處理器設計與製造能力，它們最先發明了應變硅技術，並在90納米的處理器製造工藝上走在最前列。
在今天的文章中，我們將一步一步的為您講述中央處理器從一堆沙子到一個功能強大的集成電路晶元的全過程。製造晶元的基本原料
如果問及晶元的原料是什麼，大家都會輕而易舉的給出答案—是硅。這是不假，但硅又來自哪裡呢？其實就是那些最不起眼的沙子。難以想像吧，價格昂貴，結構復雜，功能強大，充滿著神秘感的晶元竟然來自那根本一文不值的沙子。當然這中間必然要經歷一個復雜的製造過程才行。不過不是隨便抓一把沙子就可以做原料的，一定要精挑細選，從中提取出最最純凈的硅原料才行。試想一下，如果用那最最廉價而又儲量充足的原料做成晶元，那麼成品的質量會怎樣，你還能用上像現在這樣高性能的處理器嗎？
除去硅之外，製造晶元還需要一種重要的材料就是金屬。目前為止，鋁已經成為製作處理器內部配件的主要金屬材料，而銅則逐漸被淘汰，這是有一些原因的，在目前的晶元工作電壓下，鋁的電遷移特性要明顯好於銅。所謂電遷移問題，就是指當大量電子流過一段導體時，導體物質原子受電子撞擊而離開原有位置，留下空位，空位過多則會導致導體連線斷開，而離開原位的原子停留在其它位置，會造成其它地方的短路從而影響晶元的邏輯功能，進而導致晶元無法使用。這就是許多Northwood Pentium 4換上SNDS(北木暴畢綜合症)的原因，當發燒友們第一次給Northwood Pentium 4超頻就急於求成，大幅提高晶元電壓時，嚴重的電遷移問題導致了晶元的癱瘓。這就是intel首次嘗試銅互連技術的經歷，它顯然需要一些改進。不過另一方面講，應用銅互連技術可以減小晶元面積，同時由於銅導體的電阻更低，其上電流通過的速度也更快。
除了這兩樣主要的材料之外，在晶元的設計過程中還需要一些種類的化學原料，它們起著不同的作用，這里不再贅述。晶元製造的准備階段在必備原材料的採集工作完畢之後，這些原材料中的一部分需要進行一些預處理工作。而作為最主要的原料，硅的處理工作至關重要。首先，硅原料要進行化學提純，這一步驟使其達到可供半導體工業使用的原料級別。而為了使這些硅原料能夠滿足集成電路製造的加工需要，還必須將其整形，這一步是通過溶化硅原料，然後將液態硅注入大型高溫石英容器而完成的。
而後，將原料進行高溫溶化。中學化學課上我們學到過，許多固體內部原子是晶體結構，硅也是如此。為了達到高性能處理器的要求，整塊硅原料必須高度純凈，及單晶硅。然後從高溫容器中採用旋轉拉伸的方式將硅原料取出，此時一個圓柱體的硅錠就產生了。從目前所使用的工藝來看，硅錠圓形橫截面的直徑為200毫米。不過現在intel和其它一些公司已經開始使用300毫米直徑的硅錠了。在保留硅錠的各種特性不變的情況下增加橫截面的面積是具有相當的難度的，不過只要企業肯投入大批資金來研究，還是可以實現的。intel為研製和生產300毫米硅錠而建立的工廠耗費了大約35億美元，新技術的成功使得intel可以製造復雜程度更高，功能更強大的集成電路晶元。而200毫米硅錠的工廠也耗費了15億美元。下面就從硅錠的切片開始介紹晶元的製造過程。
單晶硅錠在製成硅錠並確保其是一個絕對的圓柱體之後，下一個步驟就是將這個圓柱體硅錠切片，切片越薄，用料越省，自然可以生產的處理器晶元就更多。切片還要鏡面精加工的處理來確保表面絕對光滑，之後檢查是否有扭曲或其它問題。這一步的質量檢驗尤為重要，它直接決定了成品晶元的質量。
單晶硅錠新的切片中要摻入一些物質而使之成為真正的半導體材料，而後在其上刻劃代表著各種邏輯功能的晶體管電路。摻入的物質原子進入硅原子之間的空隙，彼此之間發生原子力的作用，從而使得硅原料具有半導體的特性。今天的半導體製造多選擇CMOS工藝(互補型金屬氧化物半導體)。其中互補一詞表示半導體中N型MOS管和P型MOS管之間的交互作用。而N和P在電子工藝中分別代表負極和正極。多數情況下，切片被摻入化學物質而形成P型襯底，在其上刻劃的邏輯電路要遵循nMOS電路的特性來設計，這種類型的晶體管空間利用率更高也更加節能。同時在多數情況下，必須盡量限制pMOS型晶體管的出現，因為在製造過程的後期，需要將N型材料植入P型襯底當中，而這一過程會導致pMOS管的形成。
在摻入化學物質的工作完成之後，標準的切片就完成了。然後將每一個切片放入高溫爐中加熱，通過控制加溫時間而使得切片表面生成一層二氧化硅膜。通過密切監測溫度，空氣成分和加溫時間，該二氧化硅層的厚度是可以控制的。在intel的90納米製造工藝中，門氧化物的寬度小到了驚人的5個原子厚度。這一層門電路也是晶體管門電路的一部分，晶體管門電路的作用是控制其間電子的流動，通過對門電壓的控制，電子的流動被嚴格控制，而不論輸入輸出埠電壓的大小。准備工作的最後一道工序是在二氧化硅層上覆蓋一個感光層。這一層物質用於同一層中的其它控制應用。這層物質在乾燥時具有很好的感光效果，而且在光刻蝕過程結束之後，能夠通過化學方法將其溶解並除去。
光刻蝕這是目前的晶元製造過程當中工藝非常復雜的一個步驟，為什麼這么說呢？光刻蝕過程就是使用一定波長的光在感光層中刻出相應的刻痕，由此改變該處材料的化學特性。這項技術對於所用光的波長要求極為嚴格，需要使用短波長的紫外線和大麴率的透鏡。刻蝕過程還會受到晶圓上的污點的影響。每一步刻蝕都是一個復雜而精細的過程。設計每一步過程的所需要的數據量都可以用10GB的單位來計量，而且製造每塊處理器所需要的刻蝕步驟都超過20步(每一步進行一層刻蝕)。而且每一層刻蝕的圖紙如果放大許多倍的話，可以和整個紐約市外加郊區范圍的地圖相比，甚至還要復雜，試想一下，把整個紐約地圖縮小到實際面積大小隻有100個平方毫米的晶元上，那麼這個晶元的結構有多麼復雜，可想而知了吧。
當這些刻蝕工作全部完成之後，晶圓被翻轉過來。短波長光線透過石英模板上鏤空的刻痕照射到晶圓的感光層上，然後撤掉光線和模板。通過化學方法除去暴露在外邊的感光層物質，而二氧化硅馬上在陋空位置的下方生成。
摻雜在殘留的感光層物質被去除之後，剩下的就是充滿的溝壑的二氧化硅層以及暴露出來的在該層下方的硅層。這一步之後，另一個二氧化硅層製作完成。然後，加入另一個帶有感光層的多晶硅層。多晶硅是門電路的另一種類型。由於此處使用到了金屬原料(因此稱作金屬氧化物半導體)，多晶硅允許在晶體管隊列埠電壓起作用之前建立門電路。感光層同時還要被短波長光線透過掩模刻蝕。再經過一部刻蝕，所需的全部門電路就已經基本成型了。然後，要對暴露在外的硅層通過化學方式進行離子轟擊，此處的目的是生成N溝道或P溝道。這個摻雜過程創建了全部的晶體管及彼此間的電路連接，沒個晶體管都有輸入端和輸出端，兩端之間被稱作埠。
重復這一過程
從這一步起，你將持續添加層級，加入一個二氧化硅層，然後光刻一次。重復這些步驟，然後就出現了一個多層立體架構，這就是你目前使用的處理器的萌芽狀態了。在每層之間採用金屬塗膜的技術進行層間的導電連接。今天的P4處理器採用了7層金屬連接，而Athlon64使用了9層，所使用的層數取決於最初的版圖設計，並不直接代表著最終產品的性能差異。
接下來的幾個星期就需要對晶圓進行一關接一關的測試，包括檢測晶圓的電學特性，看是否有邏輯錯誤，如果有，是在哪一層出現的等等。而後，晶圓上每一個出現問題的晶元單元將被單獨測試來確定該晶元有否特殊加工需要。
而後，整片的晶圓被切割成一個個獨立的處理器晶元單元。在最初測試中，那些檢測不合格的單元將被遺棄。這些被切割下來的晶元單元將被採用某種方式進行封裝，這樣它就可以順利的插入某種介面規格的主板了。大多數intel和AMD的處理器都會被覆蓋一個散熱層。在處理器成品完成之後，還要進行全方位的晶元功能檢測。這一部會產生不同等級的產品，一些晶元的運行頻率相對較高，於是打上高頻率產品的名稱和編號，而那些運行頻率相對較低的晶元則加以改造，打上其它的低頻率型號。這就是不同市場定位的處理器。而還有一些處理器可能在晶元功能上有一些不足之處。比如它在緩存功能上有缺陷(這種缺陷足以導致絕大多數的晶元癱瘓)，那麼它們就會被屏蔽掉一些緩存容量，降低了性能，當然也就降低了產品的售價，這就是Celeron和Sempron的由來。在晶元的包裝過程完成之後，許多產品還要再進行一次測試來確保先前的製作過程無一疏漏，且產品完全遵照規格所述，沒有偏差。

㈡ 集成電路設計的設計的抽象級別

集成電路設計復通常是以「模製塊」作為設計的單位的。例如，對於多位全加器來說，其次級模塊是一位的加法器，而加法器又是由下一級的與門、非門模塊構成，與、非門最終可以分解為更低抽象級的CMOS器件。
從抽象級別來說，數字集成電路設計可以是自頂向下的，即先定義了系統最高邏輯層次的功能模塊，根據頂層模塊的需求來定義子模塊，然後逐層繼續分解；設計也可以是自底向上的，即先分別設計最具體的各個模塊，然後如同搭積木一般用這些最底層模塊來實現上層模塊，最終達到最高層次。在許多設計中，自頂向下、自底向上的設計方法學是混合使用的，系統級設計人員對整體體系結構進行規劃，並進行子模塊的劃分，而底層的電路設計人員逐層向上設計、優化單獨的模塊。最後，兩個方向的設計人員在中間某一抽象層次會合，完成整個設計。

㈢ 晶元的組成

晶元在電子學中是一種將電路（主要包括半導體設備，也包括被動組件等）小型化或微型化的方式，時常製造在半導體晶圓表面上。從結構上看，晶元由大規模集成電路、阻容元件、保護電路、穩壓電路、封裝材料等組成。

㈣ 老師您好！晶元每層都有一個完整的電路嗎一個晶體管在同一層中能刻錄完成嗎晶元層與層之間是用晶圓板

咨詢記錄 · 回答於2021-11-08

㈤ mtk2502C晶元屬於哪個層次的

MT2502c家族晶元採用高度整合、超輕薄的系統封裝，支持雙模藍牙功能及整合式2G modem，微型控制器單元採用ARM v7架構，具備整合內存控制器。專為單一功能型可穿戴設備所打造的高度整合式系統單晶元，體積超輕薄，採用ARM7EJ-S架構的系統封裝，具備整合聯網能力。
MT2502A是基於一種多處理器架構，集成了一個ARM7EJ-STM內核，它是運行高級gsm協議軟體以及多媒體應用、單數字元號的主處理器。單數字信號處理器核心，負責管理低級數據機和高級音頻功能、運行藍牙基帶和鏈路控制協議的嵌入式處理器和藍牙無線電控制。
晶元，又稱微電路（microcircuit）、微晶元（microchip）、集成電路（英語：integrated circuit, IC）。是指內含集成電路的矽片，體積很小，常常是計算機或其他電子設備的一部分。

㈥ 技術是什麼

技術是解決問題的方法及方法原理，是指人們利用現有事物形成新事物，或是改變現有事物功能、性能的方法。技術應具備明確的使用范圍和被其它人認知的形式和載體，如原材料（輸入）、產成品（輸出）、工藝、工具、設備、設施、標准、規范、指標、計量方法等。技術與科學相比，技術更強調實用，而科學更強調研究；技術與藝術相比，技術更強調功能，藝術更強調表達。

㈦ 微型計算機系統分為哪三個層次

在微型計算機系統中存在著從局部到全局三個層次：微處理器——微型計算機——微型計算機系統。

㈧ 晶元內部是如何做的

晶元內部製造工藝：

晶元製造的整個過程包括晶元設計、晶元製造、封裝製造、測試等。晶元製造過程特別復雜。

首先是晶元設計，根據設計要求，生成「圖案」

1、晶片材料

矽片的成分是硅，硅由石英砂精製而成。矽片經硅元素（99．999％）提純後製成硅棒，成為製造集成電路的石英半導體材料。晶元是晶元製造所需的特定晶片。晶圓越薄，生產成本就越低，但對工藝的要求就越高。

2、晶圓塗層

晶圓塗層可以抵抗氧化和溫度，其材料是一種光致抗蝕劑。

3、晶圓光刻顯影、蝕刻

首先，在晶圓（或基板）表面塗覆一層光刻膠並乾燥。乾燥的晶片被轉移到光刻機上。通過掩模，光將掩模上的圖案投射到晶圓表面的光刻膠上，實現曝光和化學發光反應。曝光後的晶圓進行二次烘烤，即所謂曝光後烘烤，烘烤後的光化學反應更為充分。

最後，顯影劑被噴在晶圓表面的光刻膠上以形成曝光圖案。顯影後，掩模上的圖案保留在光刻膠上。糊化、烘烤和顯影都是在均質顯影劑中完成的，曝光是在平版印刷機中完成的。均化顯影機和光刻機一般都是在線操作，晶片通過機械手在各單元和機器之間傳送。

整個曝光顯影系統是封閉的，晶片不直接暴露在周圍環境中，以減少環境中有害成分對光刻膠和光化學反應的影響。

4、添加雜質

相應的p和n半導體是通過向晶圓中注入離子而形成的。

具體工藝是從矽片上的裸露區域開始，將其放入化學離子混合物中。這個過程將改變摻雜區的傳導模式，使每個晶體管都能打開、關閉或攜帶數據。一個簡單的晶元只能使用一層，但一個復雜的晶元通常有許多層。

此時，該過程連續重復，通過打開窗口可以連接不同的層。這與多層pcb的製造原理類似。更復雜的晶元可能需要多個二氧化硅層。此時，它是通過重復光刻和上述工藝來實現的，形成一個三維結構。

5、晶圓

經過上述處理後，晶圓上形成點陣狀晶粒。用針法測試了各晶粒的電學性能。一般來說，每個晶元都有大量的晶粒，組織一次pin測試模式是一個非常復雜的過程，這就要求盡可能批量生產相同規格型號的晶元。數量越大，相對成本就越低，這也是主流晶元設備成本低的一個因素。6、封裝

同一片晶元芯可以有不同的封裝形式，其原因是晶片固定，引腳捆綁，根據需要製作不同的封裝形式。例如：DIP、QFP、PLCC、QFN等，這主要取決於用戶的應用習慣、應用環境、市場形態等外圍因素。

6、測試和包裝

經過上述過程，晶元生產已經完成。這一步是測試晶元，去除有缺陷的產品，並包裝。

(8)集成電路層級擴展閱讀：

晶元組是一組集成電路「晶元」一起工作，並作為產品銷售。它負責將計算機的核心微處理器與機器的其他部件連接起來。它是決定主板級別的重要組件。過去，晶元組是由多個晶元組成，逐漸簡化為兩個晶元。

在計算機領域，晶元組通常是指計算機主板或擴展卡上的晶元。在討論基於英特爾奔騰處理器的個人電腦時，晶元組這個詞通常指兩種主要的主板晶元組：北橋和南橋。晶元組製造商可以，而且通常是獨立於主板的。

例如，PC主板晶元組包括NVIDIA的NFORCE晶元組和威盛電子公司的KT880，它們都是為AMD處理器或許多英特爾晶元組開發的。

單晶元晶元組已經推出多年，如sis 730。

㈨ 晶元電路有幾層

晶元雖然個頭很小。但是內部結構非常復雜，尤其是其最核心的微型單元——成千上萬個晶體管。我們就來為大家詳解一下半導體晶元集成電路的內部結構。一般的，我們用從大到小的結構層級來認識集成電路，這樣會更好理解。

1

系統級

我們還是以手機為例，整個手機是一個復雜的電路系統，它可以玩游戲、可以打電話、可以聽音樂... ...

它的內部結構是由多個半導體晶元以及電阻、電感、電容相互連接組成的，稱為系統級。(當然，隨著技術的發展，將一整個系統做在一個晶元上的技術也已經出現多年——SoC技術)

2

模塊級

在整個系統中分為很多功能模塊各司其職。有的管理電源，有的負責通信，有的負責顯示，有的負責發聲，有的負責統領全局的計算，等等 —— 我們稱為模塊級，這裡面每一個模塊都是一個宏大的領域。

3

寄存器傳輸級(RTL)

那麼每個模塊都是由什麼組成的呢？以占整個系統較大比例的數字電路模塊(它專門負責進行邏輯運算，處理的電信號都是離散的0和1)為例。它是由寄存器和組合邏輯電路組成的。

寄存器是一個能夠暫時存儲邏輯值的電路結構，它需要一個時鍾信號來控制邏輯值存儲的時間長短。

實際應用中，我們需要時鍾來衡量時間長短，電路中也需要時鍾信號來統籌安排。時鍾信號是一個周期穩定的矩形波。現實中秒鍾動一下是我們的一個基本時間尺度，電路中矩形波震盪一個周期是它們世界的一個時間尺度。電路元件們根據這個時間尺度相應地做出動作，履行義務。

什麼是組合邏輯呢，就是由很多「與(AND)、或(OR)、非(NOT)」邏輯門構成的組合。比如兩個串聯的燈泡，各帶一個開關，只有兩個開關都打開，燈才會亮，這叫做與邏輯。

一個復雜的功能模塊正是由這許許多多的寄存器和組合邏輯組成的。把這一層級叫做寄存器傳輸級。

4

門級

寄存器傳輸級中的寄存器其實也是由與或非邏輯構成的，把它再細分為與、或、非邏輯，便到達了門級(它們就像一扇扇門一樣，阻擋/允許電信號的進出，因而得名)。

5

晶體管級

無論是數字電路還是模擬電路，到最底層都是晶體管級了。所有的邏輯門(與、或、非、與非、或非、異或、同或等等)都是由一個個晶體管構成的。因此集成電路從宏觀到微觀，達到最底層，滿眼望去其實全是晶體管以及連接它們的導線。

雙極性晶體管(BJT)在早期的時候用的比較多，俗稱三極體。它連上電阻、電源、電容，本身就具有放大信號的作用。