芯片是怎样从沙子中一步步炼成的？（芯片的制造过程）

IT已经成为所有产业的基础，智能革命也是IT的扩展和延续，IT的基础的基础就是芯片，芯片可见是非常非常重要，今天给大家分享一下我知道芯片制造的过程。

一、大过程，是设计、制造、封测

1、设计阶段：

1）设计设计EDA软件，就是芯片的CAD软件，然后就是设计，EDA软件是美国的三个公司

2）基础IP，然后是IP也就是各种IO的标准协议，基础IP也都是属于他们的。

3）设计，这块中国进步很快，基本在第一第二阵营

2、制造阶段

1）材料，基本属于德国、日本领先的，中国在比较落后位置，还做不到国产替代

2）装备，光刻机荷兰阿斯麦垄断，日本尼康次之，中国差5-10年的差距；蚀刻机中国处第一阵营，其他熔炉之类的还是在日本；

3）制造工艺，台积电世界第一，5纳米量产；三星第二，格芯、台联华、中芯国际、Intel第三阵营。

3、封测阶段

这块中国属第二阵营，第一阵营是中国台湾

4、综上

芯片要做到国产替代太难了，只能与非美技术全方位合作，德国、日本、韩国等哪些是不含有美国技术的充分合作挖掘，加大投入、开足马力自研追赶，先解决能制造，再解决中端芯片制造，再解决高端芯片制造，14纳米如果三年内能实现就比较理想，与时间赛跑。

二、小过程，芯片制造的过程

1、晶圆制造

1）石英到冶金硅

初级熔炼提纯，提纯工业硅多晶硅（98%）

2）冶金硅到单晶硅

进一步精炼提纯，多晶硅提出，通过酸蒸馏，纯度大幅度提升，单晶硅（9个9光伏，11个9芯片，12个9）

3）单晶硅到单晶棒

直拉法，便旋转，边冷却，拉成单晶棒

4）外经研磨（8寸、12寸）

单晶棒外周研磨，研磨成直直的、光滑的单晶硅棒；直径通常是八英寸或者十二英寸，越大后面制作芯片越多

5）切片

切成薄片，以12英寸晶圆为例，0.8mm的厚度

6）抛光

对表面进行抛光，表面粗糙度保持0.1-0.2纳米，比镜子光滑100倍

7）包装

25片一个包装，真空绝尘打包，完成晶圆制造，就有了芯片的载体

2、光刻蚀刻

光刻和蚀刻是芯片性能的关键工艺，越精细性能越好，台积电是5纳米，中芯国际是14纳米，有5-7年的差距

1）表面氧化

通过烤炉进行表面氧化，生成一层氧化膜

2）涂光刻胶

光刻胶能阻止化学腐蚀，却怕光，见光就融化了，这也是光刻的原理；给晶圆涂上光刻胶

3）光刻显影

利用光刻机，利用光刻胶的特性，光刻胶融化，把芯片电路设计投影在晶圆上。

4）蚀刻

湿刻法，用化学腐蚀浸泡，在晶圆表面的氧化膜被腐蚀，表面裸露出来；电路转录到硅基表面。

5）离子注入（改变表面极性）

通过离子束注入，改变硅基的表面极性，在表面形成亿级的晶体管，晶圆就做成了。

6）热处理（稳定离子）

通过热处理，让注入的离子束稳定下来

7）沉积镀铜

通过离子束，将铜离子喷刷出来沉积在硅基表面

8）导线链接

打磨、光刻、蚀刻，让铜导线链接晶体管；这个过程可能需要几十次，构建几十层的导线电路。

指甲大的芯片上就集成了几公里的的导线和几亿的晶体管，是高度集成的。

3、封装

1）裸片切割，把裸片从晶圆上切割下来

2）把晶圆装在底板上，用树脂密封，加上去散热片

4、测试

通过最终的测试，芯片成品就做好了。

5、总结一下，在整个过程看，单晶硅纯度提炼还差一些，光刻机中国还差的有点远，工艺制造中国也差得远。中国要走的路还很远，有5-7年的差距