沙子变“黄金”—芯片制造流程

在美国贸易战的压力下，国家大力支持我们集成电路产业的发展。这是一个技术复杂，产业结构高度专业化的行业，其核心环节主要包括芯片设计，芯片制造，封装测试。

芯片设计是集成电路的上游产业，设计人员通过工具，考虑到后面的制造流程，设计出相应的集成电路。在芯片设计方面我们与美国相比差距不算大。比如，被美国打压的华为，就设计有5nm制程工艺的芯片。不过，在芯片设计时用到的EDA工具还是人家的。

芯片设计好以后，通常会交给代工厂进行生产制造，芯片制造是比芯片设计困难的一个流程。

芯片的主要成分是硅（SI），在中学时代的课本上，我们学过硅是地壳中含量第二高的元素占26.3%。在我们身边随处可见的沙子含有丰富的硅，它是芯片的最基础的原材料，因为沙子是硅的氧化物，沙子还需要在超高温条件下经过一系列复杂的流程脱氧后生成多晶硅，再将多晶体中提炼出极高纯度的单晶硅，铸成半径大小不同的硅棒，我们叫做硅锭。

毫无疑问，之所以选择硅制作芯片，其中一个原因就是上面所说的硅在自然界中实在是太多了。不过，最主要的原因还是跟硅的电学特性有关。因为它即不是导体也不是绝缘体，是一种半导体材质。在元素周期表中硅是14号元素，化合价位4的元素，可以通过掺杂三价和五价的元素形成N型或P型晶体管，我们叫做PN结，它具有单项导电的特性。这是最基本的晶体管结构，芯片就是有这种大量的晶体管构成的电路。

接下来就需要将单晶硅硅棒切割成一片片极薄的圆形硅片，再对其表面进行抛光处理，我们常说的晶圆就是这一片片的晶片，只不过现在上面还没有任何电路。

为了提高晶圆的抗氧化和耐高温能力，还需要在晶圆表面均匀的涂抹上一层薄薄的光阻剂。

接下来就是在晶圆上制作电路了，主要包括光刻显影，蚀刻。这一过程非常重要，不单可以决定芯片的大小，科技含量高，其中需要用到的光刻机，全球也只有寥寥数家生产。现在全球最先进的光刻机制造厂商，是荷兰的ASML公司，它进口了全球最先进的光刻机相关零部件。不过，其最先进的光刻机也就也为数不多，目前，分别把它们卖给了台积电，英特尔，三星等厂商。这几家在业界也是龙头的地位。我国也有国产光刻机，但因为起步较晚，与之相比还有很大的距离，受制于技术还无法制造出国产7nm光刻机。

在制作电路之前需要在晶圆上均匀涂抹上光刻胶，把晶圆上的光刻胶烘干将其放到光刻机里对其曝光。也就是使用紫外线透过掩膜照射光刻胶，掩模上印有设计好的电路图案，电路图案通过紫外线照射掩模会在光刻胶上形成电路投影，而曝光在紫外线下的光刻胶会发生光化反应变软。然后，还需要对其第二次烘烤，使其光化反应充分，再喷上显影液，使其溶解，电路图案就能显现出来了，再对其烘烤，蒸发掉光刻胶里的溶剂。

然后，使用刻蚀机在晶圆上刻出N型陷和P型陷阱，再通过离子注入技术将硼或磷注入到硅结构中，就是上面所说的在硅中掺杂三价或五价元素，形成PN结。接下来使用铜将各个晶体管连接起来。

如上面流程，再涂抹一层胶，再制作做一层电路结构，一般芯片上会有很多层这种结构。

电路结构制作好之后，晶圆上也就会有很多芯片单元，我们需要对其每个芯片单元做电路测试，这个阶段的测试我们叫做晶圆测试。这一步我们通常对晶圆上每个芯片单元做电特性测试，及时的发现不良品，把其中不良的芯片单元从晶圆中标记出来。这一步意义重要，可以在芯片封装前，提前将不良品筛选出来，对于芯片设计而言这一步也尤为重要，可以根据测试结果，发现设计存在的缺陷。

晶圆测试结束后，就可以将晶圆送去切割了，切割这个流程中会丢弃掉不合格的芯片单元，合格品将进入下一个流程——封装。

芯片封装，是将切割之后的合格品放到一块基板上，把各个引脚引出来，固定成一颗芯片。根据不同需要，封装形式多种多样。包括，普通双列直插式，普通单列直插式，小型双列扁平，小型四列扁平，圆形金属，体积较大的厚膜电路等。

最后，封装完成对芯片还需要进行最后的一次测试才能出货。通常这个过程中会较为完整性的测试芯片的基本电特性和其功能，测试后的良品即可包装打包出货。这个过程需要测试机ATE和机械手协调工作，机械手可将芯片依次放入测试位，测试机即可负责测试芯片的功能，测试完成后，机械手可将芯片从测试位取出并根据测试结果进行分类，并将良品打包，然后，接着下一颗芯片进入测试位进行测试。

以上就是芯片制造的主要流程。

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