杏彩体育app下载:一文读懂芯片生产流程

　　芯片的生产流程，每一环节下有众多工序，各种大类材料下又包含非常多的细分材料，可以延伸的细分行业极其广泛，是一张超级大网。并且原材料现在已经发展到第三代了，每一代的制作流程是不同的，一文确实没法读懂这个产业，但一文可以理清楚目前应用最广泛的生产流程。

　　本文是入门级，把主要工序罗列出来， 以目前应用最广泛的原材料硅为例子，讲述制作成芯片的流程（原材料虽然已经发展了三代，但每代材料之间不是完全替换的关系也不是迭代关系，而是互补关系，目前性价比最高应用最广泛的还是硅）。

　　芯片的生产流程主要分为三大环节：芯片设计——晶圆制造——封装测试，因为第二环节晶圆制造有一些公司负责生产硅片，另一些公司负责在硅片上加工，所以我把它再细分为制作晶圆VS制作芯片。

　　芯片设计可以说是这个产业网里面最的存在，下面的一切工序能不能进行，都要靠这一环节能不能设计出来。但凡哪家公司能独立设计出芯片，那简直举世瞩目名震中外一鸣惊人，比如我们的华为！！！

　　芯片设计里面有什么工序，不好意思，除了那些掌握了技术的公司，没有人知道。反正外行人只知道，是在EDA软件上写出来的。但不可能每次设计都从头开始写，因为芯片上可能有上百亿个晶体管，设计一种芯片就从头写一次不实际，所以这个市场上就有一些基础框架可以给大家作为模板共用，它们就是各种IP授权。

　　设计有了，就可以开始搞生产了，也就进入第二大环节晶圆制造，这些工序会交给晶圆厂去代加工。因为这一整条流程是非常长的，所以参与的企业非常多，但还是可以大致地分出来一部分企业主要负责把沙子制作成硅片，另一部分企业把硅片制作成芯片，两部分，制作晶圆VS制作芯片。

　　因为下面会出现特别多的电子特气，所以这里先解释一下，电子特气是微电子技术的一个词汇，不是单指一种特种气体，而是所有应用到高科技产业的特种气体都叫电子特气，芯片生产流程的很多环节都需要电子特气的帮忙，比如这一环节需要的电子特气是氯化氢。

　　（题外说下，这个产业复杂就在于，从源头开始它就可以有很多种生产方式。比如，如果此时的原材料不是硅，就不适用这种方法。像第三代碳化硅它在常压高温下是不熔化的，要到1800℃以上高温时，才发生分解升华成多种气相组分，所以它得用物理气象传输法（PVT）、液相法(LPE)、高温化学气相沉积法去处理，就不是这样简单的炼化了。）

　　前面一步只是把沙子炼化成多晶硅，但芯片需要的是单晶硅，所以还要把这些多晶硅拉成一条单晶硅棒。

　　首先，硅是有单晶和多晶的区别的，单晶的晶体只有一种取向，结构完美，没有缺陷，各种性能都非常好。多晶则晶粒大，不规则，缺陷多，各种性能都相对差，所以芯片这种高端产品只能使用单晶硅。（光伏就可以用多晶硅，因为它只需要晒太阳导电子）

　　步骤是，将多晶硅倒入石英坩埚，外面套着石磨加热件加热融化多晶硅，第一锅多晶硅融化之后把一颗籽晶放进去，拉制棒会带着籽晶作反方向旋转，缓慢垂直地向上拉出来，逐渐形成一根单晶硅棒。这一系列的操作都在单晶炉中进行。

　　这里面，籽晶就是一个种子，石英坩埚就是一个器皿，石墨件是加热材料。籽晶放一次定方向就可以了，多晶硅要一直放，融化的多晶硅被拉到差不多了，就要往石英坩埚加多晶硅；石英坩埚也要换，它大概可以用300-400小时；石墨件也会消耗掉，也要不断换。

　　CVD叫化学气相沉积，是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜。

　　另外，薄膜沉积和刻蚀会反复进行，大概可以这么理解：比如，假设我需要在芯片某个地方放一个三角体，所以先刻蚀出位置，然后用薄膜沉积技术往上面沉积材料，沉积的材料可能不会堆积成一个我想要的三角体，所以沉积完还需要刻蚀雕刻成三角体。

　　芯片的元器件大概就是类似这个样子去建造的。因为一个芯片里面有很多元器件，所以这些工艺需要反复进行。因此我们也可以看到生产刻蚀材料和设备的厂商也可以生产薄膜沉积的材料和设备，因为这两种技术的发展迭代需要同时进行，两个一起做，比较能适应市场的变化。

　　上面的几个工艺把各种元器件通通建造到硅片上了，但此时的硅片还是纯净的硅，而纯净硅是无法实现晶体管功能的，所以为了提高芯片的电学性质，还需要进行离子注入掺杂其他的元素。

　　将需要掺杂进去的元素做成高能离子轰击硅片，这些元素就会强行嵌入硅晶体中，从而改变原来硅的微观结构，实现导电性。

　　这些工艺不是上面走一次流程就完毕，实际上是不断反复地进行，每制造一个元器件就重复一遍，慢慢堆砌，一个完整的芯片加工，有些工序要执行几百上千次，并且都是在纳米层面上进行，所以对于各种工艺、材料、设备的要求都是非常高。

　　每种材料及设备生产的企业如果有了新技术，也会影响其他工艺技术去迭代更新。相关材料设备公司整理如下：

　　测试，则是分两次进行的，在切割前就要对晶圆进行测试，合格的才能开始切割并封装，封装完成后要再进行测试。

　　两次测试是为了降低成本，如果切割前没有测试，就可能会有切割前就不合格的芯片安装到PCB基板上，整个PCB基板去维修更换的成本会比测试成本更大，所以要先测试再封装。

　　而封装后的再测试是因为芯片在封装过程中也会有发生问题的可能，所以封装完成后要再进行第二次测试。

　　封装测试环节是我国最早进入半导体的领域，同时也是目前我国半导体行业发展最成熟稳定的一个领域。涉及的相关材料设备及公司整理如下图：