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越来越少的制造资源
由于需要数额巨大的投资 , 所以集成电路的制造资源越来越少 。 现在全世界进入7纳米的生产线只有三星、中国台北的台积电、美国的格罗方德和英特尔四家公司 。 事实上英特尔应该是10纳米 , 它指的密度相当于7纳米 。
今后如果全球只有两家公司在做半导体最先进的工艺时 , 我们想要拥有这个产能就非常难 。 这就是为什么我们中国也要大力发展半导体的根本原因 。
如何制造一块芯片?
那么 , 我们如何制造一块芯片呢?制造芯片是人类历史上最为复杂的制造工艺 。 集成电路一般分成五大版块 , 包括设计、制造、封装测试、材料和装备 。
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集成电路产业的五大板块
通常我们讲集成电路主要是指设计、制造和封测 。 最近几年情况发生变化 , 我们把材料和装备也纳入集成电路的范畴 。
很多人可能不了解什么叫设计、制造和封测 , 我用一个简单的例子来类比 , 虽然不是很准确 , 但是我们可以大概理解其中的内容 。
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设计、制造、封测三业相对独立的产业生态
集成电路的设计相当于一个作家在写作 , 它是一个创作的过程 , 是一个知识产权密集的过程 , 也是一个人才密集的过程 。
作家写作完成之后需要印刷 。 这个印刷厂需要进行非常精密的印刷 , 字印得很小又很清晰 , 还能成千上百地印刷 , 中间不走样 。 这就相当于集成电路的制造 。 它是规模化制造导向、设备密集、投资密集和专利密集的产业 。
书本印刷之后需要装订 , 避免书本散架 , 装订过程中需要用到的材料还要防止磨损 。 装订也是一个非常重要的工作 , 需要检查装订是否正确、整齐 , 这就相当于集成电路的封测 。 因此 , 写作、印刷、装订基本上对应了设计、制造、封测 。
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集成电路芯片结构示意图
芯片的制造高度复杂 。 如果我们打开一个芯片 , 会发现芯片里有几十层异常复杂的东西 , 包括介质层、存储器、互联、接触孔和晶体管等等 。
我们用什么方式来建造如此复杂的芯片呢?芯片是靠一层一层的掩模板曝光刻蚀技术来建造的 , 这是鲍勃·诺伊斯发明并且沿用至今的技术 。
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集成电路芯片制造工艺流程示意图
真正去看集成电路的制造工艺 , 如果从单晶开始考虑的话 , 它经过的步骤非常长 。 从拉单晶、磨外圆、切片、倒角到最后引线键合、模塑、切筋成型、终测等等 , 这是一个非常长的产业链 , 它涉及到了材料、装备、设计、制造和封测等几乎每个环节 。
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光刻工艺示意图
这中间最重要的是光刻 , 光刻怎么做呢?
我们举个简单的例子 。 我们有个晶圆片 , 在晶圆片的上面做一个氧化层 。 氧化层可以帮助我们阻挡一些不该进入到硅片的东西 。 蒸了一层氧化层后 , 就要在氧化层上涂一层光刻胶 。 在光刻胶上方放置掩膜版 。 光源从上面照下来 , 把掩膜版上的图形映射到涂了光刻胶的硅片上 。 随后去做显影 , 去掉暴露在光线里的光刻胶 , 只留下阴影挡住的那一块 , 即图中的L形 。 然后做刻蚀 , 把下面的氧化层刻掉 。 最后去掉L形上面的胶 , 这时就有个L形停留在硅片上面 , 这就是光刻技术 。
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