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地球快没沙子了,对芯片行业会有什么影响吗?

2020/10/28 13:10:17
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        8月19日讯,日前《自然》杂志发出呼吁,称全球的沙子已经不够用了,目前沙子、砾石的开采速度已经超过了自然恢复速度,预计到本世界中叶,需求量就会超过供给量。

地球快没沙子了,对芯片行业会有什么影响吗?

       杂志还指出,沙子资源比想象中更早出现短缺是因为人类并没有准确统计过沙子的开采量,很多人认为沙子取之不尽是觉得沙漠占了全球面积的20%,资源无穷无尽,但实际上沙漠里的沙子太过光滑无法使用,工业使用的沙子主要来自河沙,但河流面积只占全球面积的1%。

地球快没沙子了,对芯片行业会有什么影响吗?

       自然杂志称,沙子、砾石是全球第一大原料,采集量比化石染料还要多,随着全球人口增加及城市化的发展,沙子的需求量不断提升,目前每年会用到320亿吨到500亿吨沙子,主要用于水泥、玻璃及电子产品,这个用量已经超过了自然生长率。

      为此,自然杂志提出了几点呼吁,首先就是确定沙子来源的可持续性,其次是鼓励使用替代性资源,比如碎石、工业矿渣、塑料等,还有就是减少需求,需要制定行业标准控制质量。此外,自然还建议提高沙子资源的治理及教育,建立国际和多边的政策框架,规范控制沙子的采挖。

       而作为集成电路中最重要的元素,广泛存在于沙子中,那么是不是全球的沙子不够用了,集成电路也要跟着“完蛋”呢?

      答案是否定的。想要得到硅晶圆,需要先通过高温从沙子中提炼硅元素,硅晶圆是制造芯片的必不可少的材料,而这里对“沙子”的要求可不像工业上不能用光滑的沙子,只要含有二氧化硅就可以提炼。炼制出的这个套套状物体名为单晶硅棒,硅纯度高达99.9999%。接下来对其进行切片,做成硅晶圆。一般来说根据用途,会切成0.5到1.5毫米的厚度。

       而从硅晶圆到芯片,还需要经历数以百计的生产步骤。首先是光刻,也就是在硅晶圆上刻出图案。而进行光刻前,要给晶圆涂抹「防晒霜」:第一层是氧化硅,第二层是氮化硅,最后一层是光刻胶。紫外线会透过「掩膜版」照射到硅晶圆,被射的地方变的可溶解,其它地方则会保留原样。

        地球快没沙子了,对芯片行业会有什么影响吗?


           用显影液冲洗之后,可以看到图案被雕刻了出来。如果从50-200纳米大小晶体管的视角来看,光刻后的图案基本是这样的:

  地球快没沙子了,对芯片行业会有什么影响吗?

    

       接着就是 蚀刻与离子注入 部分,它们相当于对地基进行装修并加入功能区,让整个晶体管具备流通信息的能力。首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅+氮化硅,并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。

      为了能让它们能够导电,需要进行一个离子注入的过程, 以此改变该区域硅的导电性 。在此之前要再涂一次光刻胶,这次是为了在注入离子时,保护二氧化硅不受影响。 接着开始注入离子,并形成注入层。离子注入完成后,光刻胶的使命就完成了。

       离子掺杂进去之后,形成了具有单向导电性的PN节,再制作出用于开、关晶体管的栅极后,一个晶体管的基础结构就基本完成了。

       接下来开始收尾工作,利用蚀刻技术在绝缘体上层开出三个孔,然后插入一层铜,并将铜离子沉淀到晶体管上,便于晶体管互相之间的连接, 再来一次抛光,让三个孔暴露出来。

       最后开始组合晶体管,这样的晶体管在一颗芯片中有上千万个,他们之间的连接线如同铺设立交桥一般层层叠加。看似平滑的表面,其实放置了20多层复杂的电路。

      经过这些流程,我们就得到了布满芯片的硅晶圆。测试合格后则可以开始切割硅晶圆,并对其进行封装。

      即使我们已经对芯片制作过程进行了大幅简化,大家也能看出每一颗指甲盖大小的芯片中,其实包含了难以计数的元件,涉及前沿核心技术,工艺复杂而又精妙。

      虽然河沙减少对芯片行业并没有多大影响,世界各国还是应该携手制定可持续性的对策,以合理利用日渐枯竭的资源。


  (文章来自互联网,由兆亿微波小编整理。如有侵权请联系)

      


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