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一文读懂制造芯片的流程

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发表于 2020-3-12 19:19:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
    很多国内企业都在积极研制芯片,如早期的华为、中兴微,现在的百度、寒武纪等芯片,又称微电路(microcircuit)、微芯片(microchip芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结集成电路实体往往要以芯片的形式存在,因为狭义的集成电路,是强调电路本身,芯片也有它独特的地方,广义上,只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子现在,市面上的芯片大多数指的是内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机由于芯片是精密度要求非常高仪器,度量单位是以纳米来计算的,对制作工艺要求制作一颗芯片的生产线是非常复杂的,大约会涉及到五十个行业、2000-50其中许多工艺都在独立的工厂进行,而使用的设备也需要专门的设备厂制造;使用芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.该过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变经过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是综述:尽管我国的芯片技术与欧美等顶尖技术还有差距,这个必须清醒认识到,目



很多国内企业都在積极研制芯片,如早期的华為、中兴微,現在的百度、寒武纪等。相關数据统计,2001-2016年间,我国集成電路市场规模由1260亿元增加至約12000亿元,占全球市场份额的将近60%,產业销售额扩大超过23倍,由188亿元扩大至4336億元。

什么是芯片?

芯片,又稱微电路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成电路(英语:integrated circuit, IC)。是指內含集成电路的硅片,体積很小,常常是计算機或其他电子设备的一部分。

芯片一般是指集成电路的載体,也是集成电路经過设計、制造、封裝、测試后的结果,通常是一個可以立即使用的独立的整体。“芯片”和“集成電路”這兩个词经常混着使用,比如在大家平常讨論话题中,集成電路设計和芯片设計说的是一个意思,芯片行业、集成电路行業、IC行业往往也是一個意思。实際上,這两个词有联系,也有区别。

集成电路实體往往要以芯片的形式存在,因為狭义的集成电路,是强調电路本身,比如簡单到只有五個元件连接在一起形成的相移振荡器,当它還在图纸上呈现的时候,我們也可以叫它集成电路,当我们要拿這个小集成电路來应用的时候,那它必须以独立的一块实物,或者嵌入到更大的集成电路中,依托芯片来发揮他的作用;集成電路更着重电路的設计和布局布线,芯片更强调电路的集成、生产和封装。而广义的集成电路,当涉及到行业(区别于其他行業)时,也可以包含芯片相关的各種含義。

芯片與集成电路的联系與区别

芯片也有它獨特的地方,广义上,只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子,都可以叫做芯片,里面并不一定有電路。比如半导体光源芯片;比如机械芯片,如MEMS陀螺仪;或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技術中,当把范围局限到硅集成电路时,芯片和集成電路的交集就是在“硅晶片上的电路”上。芯片组,則是一系列相互关联的芯片组合,它们相互依赖,組合在一起能發挥更大的作用,比如計算机里面的處理器和南北桥芯片组,手机里面的射频、基帶和電源管理芯片組。

現在,市面上的芯片大多數指的是内含集成电路的硅片,体积很小,常常是计算机或其他電子设备的一部分。而芯片组,是一系列相互关联的芯片組合。它们相互依賴,组合在一起能发揮更多作用,比如,计算机里的中央处理器(cpu)及手机中的射频、基带和通信基站里的模数转换器(ADC)等,就是由多个芯片组合在一起的更大的集成电路。

由于芯片是精密度要求非常高仪器,度量单位是以纳米來计算的,对制作工艺要求非常严格。虽然我國在近幾年在科技领域还是取得不菲的成绩,但是在一些核心的、关键领域一直都还处于比较弱勢的阶段。比如中國在存储器、CPU、FPG及高端的模拟芯片、功率芯片等领域,幾乎是没有的。如果中国发力研發,在某些小的门类中可能会有所突破。”

制造一颗芯片到底有多難?

制作一顆芯片的生产線是非常复杂的,大约会涉及到五十個行业、2000-5000个工序。就拿代工厂来说,需要先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工廠包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蝕、清洗、注入;后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中,光刻是制造和設计的纽带。

其中许多工艺都在独立的工厂进行,而使用的设备也需要专門的设備厂制造;使用的材料包括几百种特種氣體、液体、靶材,都需要專门的化工工业。另外,集成电路的生产都是在超净间進行的,因此还需要排风和空气凈化等系统。

芯片研制的流程

芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封裝制作、测試等几个环节,其中晶片制作过程尤为的復杂。首先是芯片設计,根據设计的需求,生成的“图样”。然后还得经过以下工藝方可将芯片制造出來。

1、 芯片的原料晶圆

晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以純化(99.999%),接着是將这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圓越薄,生产的成本越低,但对工艺就要求的越高。

2、晶圆涂膜

晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种。

3、晶圆光刻显影、蚀刻

該过程使用了对紫外光敏感的化學物质,即遇紫外光则變軟。通过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蚀劑,使得其遇紫外光就會溶解。这時可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其沖走。这樣剩下的部分就与遮光物的形狀一樣了,而這效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

4、摻加雜质

将晶圆中植入离子,生成相应的P、N類半导体。

具體工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺將改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带數据。简单的芯片可以只用一层,但复雜的芯片通常有很多层,这时候将这一流程不断的重復,不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似多层PCB板的制作原理。 更为复雜的芯片可能需要多个二氧化硅层,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立體的结構。

5、晶圆测试

经过上面的幾道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针測的方式对每个晶粒进行電气特性检测。一般每個芯片的擁有的晶粒数量是龐大的,组织一次针测试模式是非常復杂的过程,这要求了在生產的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生產。数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一個因素。

6、封装

將制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的應用習惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

7、测试、包装

经过上述工艺流程以后,芯片制作就已經全部完成了,这一步骤是將芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

综述:尽管我国的芯片技术与歐美等顶尖技术还有差距,这个必须清醒認识到,目前而言,我國的芯片產业发展迅速,与国家的重視密不可分。但是由于芯片是屬于产业链上端的,缺顶层人才和技术积累,这个方面還需要继续努力,尤其是頂尖芯片研發人员,培养的同时不断完善薪資体制,讓更多优秀人才在中國實现“芯片梦”。

来源:網络,如侵删

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发表于 2020-3-12 19:19:22 | 显示全部楼层
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