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標(biāo)題: 一文讀懂制造芯片的流程 [打印本頁(yè)]

作者: Ameya360 時(shí)間: 2018-7-9 17:12
標(biāo)題: 一文讀懂制造芯片的流程
很多國(guó)內(nèi)企業(yè)都在積極研制芯片，如早期的華為、中興微，現(xiàn)在的百度、寒武紀(jì)等。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001-2016年間，我國(guó)集成電路市場(chǎng)規(guī)模由1260億元增加至約12000億元，占全球市場(chǎng)份額的將近60%，產(chǎn)業(yè)銷(xiāo)售額擴(kuò)大超過(guò)23倍，由188億元擴(kuò)大至4336億元。

什么是芯片？

芯片，又稱(chēng)微電路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成電路（英語(yǔ)：integrated circuit, IC）。是指內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。

芯片一般是指集成電路的載體，也是集成電路經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試后的結(jié)果，通常是一個(gè)可以立即使用的獨(dú)立的整體�！靶酒焙汀凹呻娐贰边@兩個(gè)詞經(jīng)常混著使用，比如在大家平常討論話(huà)題中，集成電路設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)說(shuō)的是一個(gè)意思，芯片行業(yè)、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個(gè)意思。實(shí)際上，這兩個(gè)詞有聯(lián)系，也有區(qū)別。

集成電路實(shí)體往往要以芯片的形式存在，因?yàn)楠M義的集成電路，是強(qiáng)調(diào)電路本身，比如簡(jiǎn)單到只有五個(gè)元件連接在一起形成的相移振蕩器，當(dāng)它還在圖紙上呈現(xiàn)的時(shí)候，我們也可以叫它集成電路，當(dāng)我們要拿這個(gè)小集成電路來(lái)應(yīng)用的時(shí)候，那它必須以獨(dú)立的一塊實(shí)物，或者嵌入到更大的集成電路中，依托芯片來(lái)發(fā)揮他的作用；集成電路更著重電路的設(shè)計(jì)和布局布線(xiàn)，芯片更強(qiáng)調(diào)電路的集成、生產(chǎn)和封裝。而廣義的集成電路，當(dāng)涉及到行業(yè)（區(qū)別于其他行業(yè)）時(shí)，也可以包含芯片相關(guān)的各種含義。

芯片與集成電路的聯(lián)系與區(qū)別

芯片也有它獨(dú)特的地方，廣義上，只要是使用微細(xì)加工手段制造出來(lái)的半導(dǎo)體片子，都可以叫做芯片，里面并不一定有電路。比如半導(dǎo)體光源芯片；比如機(jī)械芯片，如MEMS陀螺儀；或者生物芯片如DNA芯片。在通訊與信息技術(shù)中，當(dāng)把范圍局限到硅集成電路時(shí)，芯片和集成電路的交集就是在“硅晶片上的電路”上。芯片組，則是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合，它們相互依賴(lài)，組合在一起能發(fā)揮更大的作用，比如計(jì)算機(jī)里面的處理器和南北橋芯片組，手機(jī)里面的射頻、基帶和電源管理芯片組。

現(xiàn)在，市面上的芯片大多數(shù)指的是內(nèi)含集成電路的硅片，體積很小，常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。而芯片組，是一系列相互關(guān)聯(lián)的芯片組合。它們相互依賴(lài)，組合在一起能發(fā)揮更多作用，比如，計(jì)算機(jī)里的中央處理器（CPU）及手機(jī)中的射頻、基帶和通信基站里的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）等，就是由多個(gè)芯片組合在一起的更大的集成電路。

由于芯片是精密度要求非常高儀器，度量單位是以納米來(lái)計(jì)算的，對(duì)制作工藝要求非常嚴(yán)格。雖然我國(guó)在近幾年在科技領(lǐng)域還是取得不菲的成績(jī)，但是在一些核心的、關(guān)鍵領(lǐng)域一直都還處于比較弱勢(shì)的階段。比如中國(guó)在存儲(chǔ)器、CPU、FPG及高端的模擬芯片、功率芯片等領(lǐng)域，幾乎是沒(méi)有的。如果中國(guó)發(fā)力研發(fā)，在某些小的門(mén)類(lèi)中可能會(huì)有所突破。”

制造一顆芯片到底有多難？

制作一顆芯片的生產(chǎn)線(xiàn)是非常復(fù)雜的，大約會(huì)涉及到五十個(gè)行業(yè)、2000-5000個(gè)工序。就拿代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，需要先將“砂子”提純成硅，再切成晶元，然后加工晶元。晶元加工廠(chǎng)包含前后兩道工藝，前道工藝分幾大模塊——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入；后道工藝主要是封裝——互聯(lián)、打線(xiàn)、密封。其中，光刻是制造和設(shè)計(jì)的紐帶。

其中許多工藝都在獨(dú)立的工廠(chǎng)進(jìn)行，而使用的設(shè)備也需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備廠(chǎng)制造；使用的材料包括幾百種特種氣體、液體、靶材，都需要專(zhuān)門(mén)的化工工業(yè)。另外，集成電路的生產(chǎn)都是在超凈間進(jìn)行的，因此還需要排風(fēng)和空氣凈化等系統(tǒng)。

芯片研制的流程

芯片制作完整過(guò)程包括芯片設(shè)計(jì)、晶片制作、封裝制作、測(cè)試等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中晶片制作過(guò)程尤為的復(fù)雜。首先是芯片設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，生成的“圖樣”。然后還得經(jīng)過(guò)以下工藝方可將芯片制造出來(lái)。

1、芯片的原料晶圓

晶圓的成分是硅，硅是由石英沙所精練出來(lái)的，晶圓便是硅元素加以純化（99.999%），接著是將這些純硅制成硅晶棒，成為制造集成電路的石英半導(dǎo)體的材料，將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄，生產(chǎn)的成本越低，但對(duì)工藝就要求的越高。

2、晶圓涂膜

晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力，其材料為光阻的一種。

3、晶圓光刻顯影、蝕刻

該過(guò)程使用了對(duì)紫外光敏感的化學(xué)物質(zhì)，即遇紫外光則變軟。通過(guò)控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑，使得其遇紫外光就會(huì)溶解。這時(shí)可以用上第一份遮光物，使得紫外光直射的部分被溶解，這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了，而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。

4、摻加雜質(zhì)

將晶圓中植入離子，生成相應(yīng)的P、N類(lèi)半導(dǎo)體。

具體工藝是是從硅片上暴露的區(qū)域開(kāi)始，放入化學(xué)離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區(qū)的導(dǎo)電方式，使每個(gè)晶體管可以通、斷、或攜帶數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單的芯片可以只用一層，但復(fù)雜的芯片通常有很多層，這時(shí)候?qū)⑦@一流程不斷的重復(fù)，不同層可通過(guò)開(kāi)啟窗口聯(lián)接起來(lái)。這一點(diǎn)類(lèi)似多層PCB板的制作原理。更為復(fù)雜的芯片可能需要多個(gè)二氧化硅層，這時(shí)候通過(guò)重復(fù)光刻以及上面流程來(lái)實(shí)現(xiàn)，形成一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)。

5、晶圓測(cè)試

經(jīng)過(guò)上面的幾道工藝之后，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)格狀的晶粒。通過(guò)針測(cè)的方式對(duì)每個(gè)晶粒進(jìn)行電氣特性檢測(cè)。一般每個(gè)芯片的擁有的晶粒數(shù)量是龐大的，組織一次針測(cè)試模式是非常復(fù)雜的過(guò)程，這要求了在生產(chǎn)的時(shí)候盡量是同等芯片規(guī)格構(gòu)造的型號(hào)的大批量的生產(chǎn)。數(shù)量越大相對(duì)成本就會(huì)越低，這也是為什么主流芯片器件造價(jià)低的一個(gè)因素。

6、封裝

將制造完成晶圓固定，綁定引腳，按照需求去制作成各種不同的封裝形式，這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如：DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶(hù)的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境、市場(chǎng)形式等外圍因素來(lái)決定的。

7、測(cè)試、包裝

經(jīng)過(guò)上述工藝流程以后，芯片制作就已經(jīng)全部完成了，這一步驟是將芯片進(jìn)行測(cè)試、剔除不良品，以及包裝。

綜述：盡管我國(guó)的芯片技術(shù)與歐美等頂尖技術(shù)還有差距，這個(gè)必須清醒認(rèn)識(shí)到，目前而言，我國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，與國(guó)家的重視密不可分。但是由于芯片是屬于產(chǎn)業(yè)鏈上端的，缺頂層人才和技術(shù)積累，這個(gè)方面還需要繼續(xù)努力，尤其是頂尖芯片研發(fā)人員，培養(yǎng)的同時(shí)不斷完善薪資體制，讓更多優(yōu)秀人才在中國(guó)實(shí)現(xiàn)“芯片夢(mèng)”。

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