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第188章 点亮自主芯（第1页）

PS：前小半部分主要讲芯片制造过程。所以介意的人可以咕咕……毕竟大家挣钱都不容易！后面大部分则是芯片被制造出来之后余子贤等人成就感。本来芯片制造不想写这么详细，但是作为一本写芯片工业的书，不写总感觉缺了点什么，所以应该不能算水（狗头保命~.~以后制造部分就不这么写了）。

***

如果把芯片的制造过程看成是硅从沙子到芯片的的旅程，那么在生产线通电投料开始全启动的时候，硅也就开启了从硅锭到芯片的第二段旅程。

第一段旅程就是“从砂子”到硅锭的过程。因为芯片的原料是硅，也就是类似砂子的材质。

半导体原材料粗硅的纯度是98%，但是芯片对硅晶圆纯度的要求却高达99.%！也就是杂质的比重不能超过十亿分之一。

作为比较，我们常说的万足金（9999黄金）纯度也“才只有”99.99%。

将石英砂转化成粗硅，并“提炼”成高纯度多晶硅，然后在融熔态的多晶硅中放入晶种，旋转拉出圆柱形的单晶硅棒（原理和的变大的过程没有什么本质的区别，只是工艺控制天差地别）。

晶胚再经过研磨、抛光、切片等程序，切割成一片一片薄薄的晶圆。而切割出来的晶圆直径则决定了这些晶圆需要应用与之匹配的晶圆厂去。一般我们说的几寸的晶圆厂，就指的是硅晶圆的直径。

晶圆面积越大，在制造同一工艺标准的芯片时，可以切出越多的芯片，也就代表着这座晶圆厂的技术约好。

而目前晶圆尺寸已经经过了2英寸（50mm）到3英寸（76mm）、4英寸（101mm，通常称为100mm晶圆）、6英寸（150mm）的技术发展，甚至8英寸（200mm）的技术也在实验室条件下实现工艺贯通。

1991年的当前，已经实现商业化生产的当属6英寸晶圆（1989年开始商业化），而更为先进的8英寸工艺还在实验室，按照历史发展，要到明年才会投入商业生产运行。

目前香积电的4英寸晶圆工艺，是发展于八十年代初的工艺，此时已经有些落后。但是，在余子贤的能力范围之内，这是能够搞到的最先进的工艺了。

与“大晶圆”不同，晶体管与导线的尺寸缩小也就是线宽则是越小越好，也就是俗称的“小线程”。随着芯片技术的进步，电路线宽越来越小，直达微米以下纳米级数。

“大晶圆”和“小线程”这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。

是不是感觉很复杂？但到这一步，还不够刻印半个电路！

不过，像香积电这样的芯片制造厂，只需要负责“小线程”就行了。因为“大晶圆”一般直接由曰本信越、美国应用材料等公司直接垄断供应。

你只需要按照自己生产线对应的晶圆尺寸想这些晶圆材料供应厂家下单就行了，他们会送货上门。

取得晶圆之后，在它上面镀一层导电薄膜，再涂布一层感光剂。然后，将电路底片放在上面，并进行曝光，电路部分进行显影反应。随后，用化学试剂冲掉没有反应的感光层，便能够在晶圆导电薄膜蚀刻出一条条电路。

电路底片，业内称为掩模板（俗称光罩）；当然，芯片电路复杂，可能包含数以千万计的晶体管，即使把掩模板造成一张桌子那么大，再缩影到小小的芯片上，单单一个掩模板也亦未必能一次投影好。因此，加工过程中要将电路设计分成多个掩模板，重复上面的流程，直至蚀刻完成为止。

而这光刻程序中其中用到合成甲酚醛树脂、合成感光（层）剂、配胶等等都是光刻胶的三大成分。

光刻完成之后就是离子注入。在硅晶圆制造过程中不同位置加入不同的杂质，不同杂质根据浓度位置的不同就组成了场效应管——芯片的最小单元晶体管！逻辑处理器芯片就是几百万、几千万甚至上亿个这样的多层晶体管像建楼房一样有组织的叠放起来组成的。

当然在光刻过程中形成的形状，也会有许多其实不是我们需要的，而是为了离子注入而蚀刻的。蚀刻就要用等离子体把他们洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构，这一步进行蚀刻。

可是完成之后，就需要多芯片就行清洗，当然不是用水或者什么东西清洗，而是等离子冲洗（用较弱的等离子束轰击整个芯片）——这就是等离子冲洗工序。

之后就是热处理。通过快速热退火（就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上，然后慢慢地冷却下来，为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化）、热氧化（制造出二氧化硅，也即场效应管的栅极门）等完成晶体管的固化。

接着通过化学气相淀积（CVD）进一步精细处理表面的各种物质、物理气相淀积（PVD）等工序给敏感部件加涂层。

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最后再经过电镀处理、化学机械表面处理、裸晶（或者晶粒）测试、晶圆打磨分割就可以出厂封装了。

整个芯片制造过程中，光刻工序是时间和成本占比超过30%的最关键流程。

香积电巨大的洁净厂房生产区域内，各分区人员各司其职，紧张的盯着自己设备的操作界面和监控界面。

此时，经过十多天的生产，第一批芯片的生产也已经接近尾声了……已经开始进行晶圆（裸晶或者晶粒）的测试了。

晶圆的半导体测试工艺属于半导体产业的关键领域，半导体测试包括CP（CircuitProbe电路探测）测试，CP测试也称晶圆测试（wafertest），是半导体器件后道封装测试的第一步，目的是将晶圆中的不良芯片挑选出来。

通常，在晶圆测试步骤中，就需要对所述芯片进行电性测试，以确保在封装之前，晶圆上的芯片是合格产品，所以晶圆测试是芯片生产良率统计的关键数据之一。

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