《電子技術(shù)應(yīng)用》
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芯片技術(shù)包含哪些,,制造一顆芯片到底有多難

2018-07-10
關(guān)鍵詞: 芯片 華為 中興微 百度

很多國內(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,2001-2016年間,,我國集成電路市場規(guī)模由1260億元增加至約12000億元,占全球市場份額的將近60%,,產(chǎn)業(yè)銷售額擴大超過23倍,,由188億元擴大至4336億元。

芯片技術(shù)到底包含哪些,?制造芯片有多難,?本文幫你一一講述。

什么是芯片,?

芯片,,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip),、集成電路(英語:integrated circuit, IC),。是指內(nèi)含集成電路的硅片,體積很小,,常常是計算機或其他電子設(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)過設(shè)計,、制造,、封裝、測試后的結(jié)果,,通常是一個可以立即使用的獨立的整體,。“芯片”和“集成電路”這兩個詞經(jīng)?;熘褂?,比如在大家平常討論話題中,集成電路設(shè)計和芯片設(shè)計說的是一個意思,,芯片行業(yè),、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個意思,。實際上,,這兩個詞有聯(lián)系,也有區(qū)別,。

集成電路實體往往要以芯片的形式存在,,因為狹義的集成電路,是強調(diào)電路本身,比如簡單到只有五個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)的時候,,我們也可以叫它集成電路,當(dāng)我們要拿這個小集成電路來應(yīng)用的時候,,那它必須以獨立的一塊實物,,或者嵌入到更大的集成電路中,依托芯片來發(fā)揮他的作用,;集成電路更著重電路的設(shè)計和布局布線,,芯片更強調(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,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

芯片也有它獨特的地方,,廣義上,只要是使用微細(xì)加工手段制造出來的半導(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,,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,,組合在一起能發(fā)揮更大的作用,比如計算機里面的處理器和南北橋芯片組,,手機里面的射頻,、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,常常是計算機或其他電子設(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,組合在一起能發(fā)揮更多作用,,比如,,計算機里的中央處理器(CPU)及手機中的射頻、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計算的,,對制作工藝要求非常嚴(yán)格,。雖然我國在近幾年在科技領(lǐng)域還是取得不菲的成績,但是在一些核心的,、關(guān)鍵領(lǐng)域一直都還處于比較弱勢的階段,。比如中國在存儲器、CPU,、FPG及高端的模擬芯片,、功率芯片等領(lǐng)域,幾乎是沒有的,。如果中國發(fā)力研發(fā),,在某些小的門類中可能會有所突破?!?/p>

制造一顆芯片到底有多難,?

制作一顆芯片的生產(chǎn)線是非常復(fù)雜的,大約會涉及到五十個行業(yè),、2000-5000個工序,。就拿代工廠來說,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,、密封。其中,,光刻是制造和設(shè)計的紐帶,。

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

芯片研制的流程

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

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

該過程使用了對紫外光敏感的化學(xué)物質(zhì),即遇紫外光則變軟,。通過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溶解,。這時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類半導(dǎo)體,。

具體工藝是是從硅片上暴露的區(qū)域開始,,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,,使每個晶體管可以通,、斷、或攜帶數(shù)據(jù),。簡單的芯片可以只用一層,,但復(fù)雜的芯片通常有很多層,這時候?qū)⑦@一流程不斷的重復(fù),,不同層可通過開啟窗口聯(lián)接起來,。這一點類似多層PCB板的制作原理。 更為復(fù)雜的芯片可能需要多個二氧化硅層,,這時候通過重復(fù)光刻以及上面流程來實現(xiàn),,形成一個立體的結(jié)構(gòu)。

5,、晶圓測試

經(jīng)過上面的幾道工藝之后,,晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測,。一般每個芯片的擁有的晶粒數(shù)量是龐大的,,組織一次針測試模式是非常復(fù)雜的過程,這要求了在生產(chǎn)的時候盡量是同等芯片規(guī)格構(gòu)造的型號的大批量的生產(chǎn),。數(shù)量越大相對成本就會越低,,這也是為什么主流芯片器件造價低的一個因素。

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,。這里主要是由用戶的應(yīng)用習(xí)慣、應(yīng)用環(huán)境,、市場形式等外圍因素來決定的,。

7、測試,、包裝

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

綜述:盡管我國的芯片技術(shù)與歐美等頂尖技術(shù)還有差距,,這個必須清醒認(rèn)識到,,目前而言,我國的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,,與國家的重視密不可分,。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)的同時不斷完善薪資體制,,讓更多優(yōu)秀人才在中國實現(xiàn)“芯片夢”,。


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