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晶圆怎么制作成芯片?晶圆与芯片的关系

发布日期:2020-08-14

近期,由于美国与中国的贸易战,特别是中国的高新技术企业,华为就是其中之一。关于“芯片”的的话题甚嚣尘上。国之重器受制于人,我们的确要痛定思痛,不允许此类事件再次发生。而制作芯片的主要材料晶圆就非常重要了。

1.什么是芯片?

芯片是由N多个半导体器件组成,半导体一般有二极管、三极管、场效应管、小功率电阻、电感和电容等等。硅和锗是常用的半导体材料,他们的特性及材质是容易大量并且成本低廉使用于上述技术的材料。一个硅片中就是大量的半导体器件组成,当然功能就是按需要将半导体组成电路而存在于硅片内,封装后就是IC了。

2.晶圆又是什么?

圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片,由于其形状为圆形,故称为晶圆;在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构,而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅,而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并经蒸馏后,制成了高纯度的多晶硅,其纯度高达0.99999999999.晶圆制造厂再将此多晶硅融解,再于融液内掺入一小粒的硅晶体晶种,然后将其慢慢拉出,以形成圆柱状的单晶硅晶棒,由于硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成,此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过研磨,抛光,切片后,即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片,这就是“晶圆”。

3.晶圆生产厂家有哪些?

全球硅片生产商包括日本信越、日本胜高、台湾环球晶圆、德国世创、韩国LG等。有个好消息就是,国内硅片项目也有很多,包括上海新昇、重庆超硅、宁夏银和、郑州合晶等。生产晶圆工艺并不复杂,并不存在什么技术壁垒。

4.什么叫晶圆代工呢?

晶圆上面啥东西都没有,所以就要将一大片晶圆切成许多芯片。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或者电子厂商提供制造服务。全球知名的晶圆代工有台积电、格罗方德、联电、三星、中芯、高塔半导体等。在今日世界第二大晶圆代工厂成都基地将在12月试生产。华为海思就是由台积电代工。台积电(台湾)包揽世界近六成晶圆代工业务,美国生产芯片也要找他。

5.晶圆与芯片之间的关系是什么

芯片,又称微电路,就是半导体元件产品的统称,指内含集成电路的硅片,体积小,常常是计算机或其他电子设备的一部分。晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片,因为外形为圆形,所以称为晶圆。 硅片经过加工,形成了晶圆,然后经过包装,形成了芯片。

6.晶圆制作成芯片的工艺步骤

无论多尖端的芯片制造,包括苹果A12和华为麒麟980.其制造方法都可概括为四种基本工艺,即 " 图形化工艺 "," 薄膜工艺 "," 掺杂工艺 " 及 " 热处理工艺 "。

a.芯片制作流程之图形化工艺

图形化工艺,就是在晶圆内和表面层建立图形的一系列加工工艺,结合上文关于器件设计的说法,图形化工艺本质上就是为 " 地基 " ( 晶圆 ) 上 " 挖坑 " ( 刻蚀 ) ,为各类 " 建筑 " ( 器件 ) 划定 " 占地 "(尺寸和位置)的工艺。这一工艺由于决定了器件的关键——尺寸 ( 也就是我们常说的 xx 纳米芯片 ) 而成为了芯片制造最关键的工艺。图形化工艺的关键词是 " 按图雕刻 "。我们常听到的掩膜、光刻等均属这一基本工艺范畴。

b.芯片制作流程之薄膜工艺

懂英文的朋友可以从这个公义的英文名看得更形象,这个工艺的核心内容就是增层。这个工艺不难理解,芯片制造本身就是 " 建筑 ",那么在划定了一片土地的情况下,盖楼肯定要比盖平房更划算," 建筑 " 的功能也更强。就如一栋楼房可以利用不同的楼层实现不同功能分区及扩展使用空间一样,薄膜工艺可以为芯片这一 " 建筑 " 增加分层并为各层提供用于导电、隔离、进一步图形化等用途的薄膜。薄膜工艺的关键词是 " 按需增层 "。我们常看到的蒸镀、溅射、CVD/PCD、电镀等工艺均属此类。

c.芯片制作流程之掺杂工艺

一幢建筑,在我们划定土地,建设房屋的过程中,还需要各类配套的管道、并安装水电控制设备及各类功能设备才能实现相应功能。而在集成电路中,我们依靠的则是各类器件,这些器件并不能仅靠 " 钢筋水泥 " ( 晶圆及薄膜 ) 来实现,而需要向其中内置一些 " 控制单元 "。这就是掺杂工艺,通过在晶圆表层内建立富含电子(N 型载流子)或空穴(P 型载流子)的区域以形成 PN 结——说人话就是通过往 " 建筑 " ( 芯片 ) 中增加控制设备 ( 掺杂材料 ) 来实现建筑完整功能的工艺,关键词是 " 控制 "。离子注入、热扩散、固态扩散等工艺属于此类。

d.芯片制作流程之热处理工艺

在房屋建筑过程中,总会有各种材料在增添之后需要烘、冷、晾的工序,这些工序的核心目的就是让这些增添材料尽快稳定下来,比如晾干各类胶,使其粘合的东西在后续的使用中不至于掉落等。这类工艺本质上是对材料进行加热或冷却以达到特定结果,在晶圆制造中被称为热处理工艺,其关键词是 " 达到稳定 "

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