芯片制造的难点到底在哪？

芯片制造是一种精密制造，对于一般集成度不高的芯片，制造难度并不是很大，例如像我们在上学时学习的数字电路中讲的各种逻辑芯片它们属于低端芯片，制造起来相对容易一些，我们知道由于电子技术发展很快，对芯片的性能要求也越来越高，高性能的芯片就意味着集成度也会提高，集成度越高的芯片它制作的难度就越大，下面我来给朋友们分享一下一般高端芯片大致的制作过程，让我们从中领略一下芯片制作的步骤，在这些高端芯片制作的过程中来，每一步是如何艰难实现的吧。

芯片诞生需要“浴火重生，凤凰涅槃”的经历过程

我们经常听一句话叫“巧妇难为无米之炊”，制作芯片也是需要原材料的，这种材料是我们众所周知的半导体材料，它的名字叫作硅，我们知道在大自然中硅元素含量非常丰富，但是它们都是以化合态的状况下存在的，由于芯片的制作必须用非常纯的硅晶体在可以，因此我们就打起了沙子的注意，由于沙子非常容易取得，并且它的主要成分主要是硅，因此我们就把沙子作为制作芯片的初始原材料了。 要想把沙子变成制作成纯度较高的单晶硅体从开始就不是一件容易的事情，首先要把沙子经过一番“浴火重生，凤凰涅槃”才能制造出来高纯度的硅单晶体，它的纯度要比24k纯金还要纯，它的纯度要达到十一个九的纯度，那就是纯度达到99.999999999%，这是制作芯片第一关的难点，它也是制作芯片“万里长征的第一步”。 一般要制作如此纯度的单硅晶体需要特殊的工艺，自1951年半导体晶体管进入实用阶段以来，在制作高纯度硅时所采用的是牵引法，但随着半导体制作技术的不断进步，现在 每家芯片生产厂商在制作高纯度硅晶体时的工艺方法可能是不一样的，对于核心的工艺技术都是保密不外传，总之，不管用什么方法都需要经过净化熔炼得到单硅晶体，经过冷却后我们叫它硅锭，我们从外观看它是一个圆柱体，重量一般在200斤。 高纯度的硅锭形成之后，下一步就是开始制作硅晶片，然后对它加工处理。首先我们要把单晶硅锭切割成薄片，这样就形成了晶片，我们也叫它晶圆。 这一步的难点在于我们要把它切割的非常平，我们可以用完美无瑕来形容它，几乎达到理想化的平面这样的程度，如何控制晶圆的平度是芯片制作中的又一个难点。 晶圆制作好后，接下来要在晶圆表面涂上一层胶，我们称这种胶为光刻胶。这个光刻胶的制作生产也是不容易的事情，就现阶段来说我们国家的光刻胶的质量与国外相比还是有差距的，在质量上还有提升的空间。光刻胶的作用是为了在硅晶元片上刻蚀所需的电路图形，它是制作超大型集成高端芯片的重要材料。这一步骤的制作有点像小孔成像的原理。 光刻胶涂好后还要在硅晶圆片上面放上一层掩膜，我们所要雕刻的电路图案就是要画在这个掩膜上的，接下来就是进行光刻或蚀刻阶段了，这一阶段是要把光刻胶层透过掩模使它曝光在紫外线之下，也就是通过掩膜去照射下面的晶圆，我们知道由于光刻胶遇到光（一般用紫外线）会产生化学反应，其性质会发生变化，在曝光的地方发生了化学反应了，这部分就会留了下来，对没有照射的地方进行蚀刻，最终这个电路图就转移到了 硅晶圆片上面了，从这里看，这个过程有点像我们以前用胶片去照相的意味，芯片上的电路就是通过这样的方法，一层一层地光刻在硅晶片上得到的。在这个阶段主要的难度是产生光刻的设备，我们叫它光刻机。目前来说能生产5纳米到7纳米的光刻机基本上被荷...

点击查看剩余70%