芯片制造全过程 图解

造芯片为什么比造原子弹还困难？看完视频你就明白了。想要制造芯片，首先需要制造的就是精元，将沙子在一千八百度左右的高温下融化，经过精炼去杂质后放入棚， 可以改变晶源导电性，然后继续加热并向液态硅中放入紫晶。当紫晶与高温的液态硅接触时，液态硅表面的温度会瞬间下降，当不断旋转上拉时，液态硅就会粘在紫晶身上并不断凝固，最终就能得到一根高纯度的硅。定了。 接着将规定切割成一块块厚度小于一毫米的晶圆，切割后的晶圆表面并不平整，还需要进行打磨、抛光等一系列工序，之后就得到一块极其平整的硅晶圆了。由于晶圆非常娇贵，为了避免污染还需要加上一层氧化膜，这就需要进行氧化。这是氧化设备 芯片，每二十五张装在一个盒子内，然后自动导轨将晶片送入氧化设备内，机械臂会将晶片放入相应的位置上，接着开始进行氧化。首先需要向设备内部注入氧气，周围线圈会不停的释放热量， 达到一定温度，氧原子就会与晶原表面进行反应，形成一层绝缘的二氧化硅。接下来就是光刻了， 这也是芯片制造最难的步骤。光刻之前需要进行涂胶，首先将制造好的硅晶源转移到涂胶设备上，借助机器旋转的离心力，在晶源上均匀的涂上一层光刻胶。涂胶完成后，接下来就是光刻环节了，这是一台 euv 光刻机， 是人类制造的最精密复杂的机器之一。光刻机使用的是及紫外光，此外光通过多个镜头反射后会逐渐缩小，接着光线通过光眼膜照射到底部 清源的光刻胶上。光眼膜跟这个喷汉字的东西原理一样，上面刻有集成电路图形，当光线穿过光眼膜时，就会将光眼膜上的电路图形雕刻到光刻胶上。在光的照射下，光刻胶上的化学物质开始发生反应，见光的地方光刻胶会变成可溶解状态。 接下来要做的就是显影。直接将晶源浸泡在显影溶液中，可溶解状态的光刻胶就会被冲洗掉，而不见光的光刻胶部分则留了下来。但是通过显影，电路图还只是停留在光刻胶层面。怎么将电路雕刻在晶片上面呢？这就要用到课时 最常用的克石是干法克石，这是一台石刻机，将显影处理后的晶片放入进去，接着将四幅化碳和氧气一等离子体的形式放入石刻机内部，等离子体会与晶片表面发生化学反应，而有光刻胶的 地方则不会发生反应。这样一来，眼膜上的图形就被雕刻到芯片上了。但是新雕刻的地方氧化膜被石刻掉了，怎么办呢？这就要用到芯片沉积技术了。首先将金源转移到沉积设备上，然后通入四氢化硅气体， 并施加等离子体控制反应气压和温度，这样氢原子就会自动脱离，只留下归原子沉积下来， 通过反应后就能生成一层保护规模了。另外，为了提高芯片的电学性质，还需要进行离子注入，用高能量的电场将离子加速后直接打入惊源内部， 离子注入就完成了，到目前为止，我们已经在精元上盖了很多房子，怎么将他们联通呢？这就要进行金属填充，而芯片有上百亿，这样的房子需要联通。内部宛如一座超大型城市，真实的芯片制造远远比这复杂很多， 有着非常多的工艺，所有工艺都是在纳米级别进行操作，这些工艺交叉重复完成，最终制造出整个晶原，然后将晶原切割成一个个小芯片，接着进行封装测试，测试通过芯片就能安装在电子产品上使用了。

所谓芯片，就是将可以实现运算或储存等功能的电路集成在一块很小的龟片上。他诞生的过程分为设计、制造、封装这三步。我们熟悉的高通、华为、海思和联发科其实都只是做芯片设计的公司。首先要进行电路图设计。 我们明确好芯片的规格和功能后，先给出一张不满与门飞门或门等集成电路逻辑符号的逻辑设计图，大概长这样， 再根据逻辑图设计电路元器件的布局，给出电路图大概长这样。如果完全看不懂这两张图，不用怕，我们精心挑选了高等教育出版社出版的数字电子技术基础和模拟电子技术基础两本书， 适合高中及以上学历的朋友从零学起。除了理论知识，芯片设计还需要软件支持。就像做图画图纸需要 ps 和 cad 等软件一样，逻辑图和电路布局图也并非是在纸上徒手作画，而是需要使用 e、 d、 a 软件。如果涉及二十二纳米以下制成工艺的芯片，就必须从三家总部在美国的公司购买正版软件。 在 eda 软件上最终会得到类似这样的电路图，然后将其制成一张光照。光照的原理和作用类似于传统照相机的底片， 光线打过光照后，我们就可以得到一层电路图形。由于一枚芯片是由几十层电路层层堆叠而成的三维结构，所以就需要用几十层光照一一对应。比如一张七纳米制成的处理器芯片，往往会需要八十张以上的光照。拿到光照后，我们开始自制芯片的第二步，制造。 台机电的生意就集中在这一步。制造的目的可以理解成是在一层层不同材质的薄膜上刻出对应的一层层电路的布线，这样 当薄膜堆叠起来时，就可以实现电路图上电路的功能。简化描述一下精元的制造过程。首先在龟片上覆盖一层薄膜，涂上光刻胶，然后用强光透过写有电路图的光照打在光刻胶上。 强光会破坏光刻胶的结构，但光照上被遮挡的部分光刻胶不会被破坏，光照也就拷贝到光刻胶上，最后再充实溶解掉 没有被光刻胶覆盖的薄膜以及剩下的光刻胶，经元上就只留下与电路图图形一模一样的薄膜了。 利用设计好的多层光照，不断重复上述过程，最后最初的龟片就可以变成这样一张不满几十个芯片的 ic 经元。在了解芯片制造复杂流程的同时，还有一个严峻的问题，就是如何获得所需的高品质原材料和制造设备，比如制造环节 最重要的光刻机去哪买？目前高端光刻机市场几乎被荷兰阿斯麦公司垄断，他们二零一九年生产的二十六台 uv 光刻机，约有一半被台机店买走，每台约一点二亿美元。另外，根据阿斯麦的客户联合投资专案，他们的客户往往都是自己的股东。 比如台机电就在二零一二年以八点三八亿欧元获得了阿斯麦百分之五的股权。但各位青年实业家不用因此灰心，我们发现在某案上，有人出售二手闲置阿斯麦光客机， 包邮价格为一亿人民币。等待光刻机的同时，其他难以在国内采购的原材料和设备只能亲自出国走一趟了。清晨的第一缕阳光刚刚洒到首都机场，我们已经动身，精神饱满地赶往日本和美国。此行的目的是 去采购制造芯片必须的节能原材料和设备。这里是日本，我们要寻找的是国产良品率不够的龟片，以及技术还不够成熟的光刻胶等原材料。这些是日本人五十年积累的工业精华，也是人类科技宝贵又神秘的馈赠。 而在美国，我们的目的地是加州的应用材料公司。这家低调又神秘的美国公司能生产除光可机外几乎所有的芯片制造设备。我们希望能在这里找到国产率为零的化学抛光设备，以及国产率极低的沉淀设备。 辛劳的汗水、果敢的决心和早出晚归的等待，我们终于买到了制造芯片的所有原材料。是时候启动我们从闲鱼上买来的光刻机， 用机器散发的热量来温暖一下自己酒矿的心灵了。在智能的 ic 精源上有几十张芯片，但看上去和拆开手机后我们看到的芯片还不太一样，因为还差最后一步，封装。 如果你拆过手机或电脑，可能对主板上这样的小黑盒有印象。所谓封装，就是将 ic 精元上剪下来的芯片装进这个小黑盒的过程。 位于产业链末端的封装，相对来说门槛和附加值较低，劳动密集度比较高，国内有多家企业在深耕这一领域，占据了相当一部分市场份额。 至此就讲完了自制芯片的全部流程。但在各位亲自动手发家致富之前，还要泼点冷水。目里所及，我们见过的自制芯片，最成功的是一个 up 主自制了一枚一厘米工艺的芯片。作为对比，华为 p 四零系列使用了麒麟九九零五 g， 基于的则是七纳米工艺。可以说，最近三十年的科技产业史，就是一部科技产业链分工合作不断、精细化的历史。眼下，一个个人或是一家公司想要包揽芯片全产业链，几乎是一件不可能完成的任务。风云际会，浪潮汹涌，当中国科技产业慷慨应战， 我们不能也不应该将所有希望全部寄托在某一家公司身上，不管他叫华为，还是叫中兴国际。

三分钟看完芯片设计、制造封册全过程。

沙子是如何变成芯片的？中国的芯片行业到底哪一具体环节被卡脖子了？未来中国的芯片能否获得重大突破，摆脱封锁？大家好，我是五道口老实人， 本期视频争取用最通俗最容易理解的方式来跟大家解释一下芯片制造的各个环节，以及中国在各个领域中所处的位置。芯片制造的流程大致可以分为硅片制造、芯片制造和封装测试三个阶段。那么沙子是如何变成芯片的呢？ 沙子的成分是二氧化硅，想要得到芯片，就要先从沙子里提炼出纯度比较高的硅，而且这种粗加工的硅也叫工业硅。这种硅的纯度在百分之九十八以上，含有不少其他的元素杂质， 当然这个也的确没啥技术含量，中国在这个领域呢，可以说是一技绝尘，全球百分之七十八的工业规的产能都在中国，然后接下来就要对工业规进行提纯， 也就是需要得到芯片级别的高纯度。贵，这个程度需要有多高呢？百分之九十九点九九九九九九九九九，一共是十一个九， 相应的技术含量立马提高了很多，平均一百万个龟原子中最多只有一个杂质原子，这就必须对自然界中的龟原料进行多次提纯。通常使用的方法是通过高温下整形，多不净化，然后采用旋转拉伸的方式得到一个圆柱体的单。经规定， 一个单金规定的重量大约为一百千克。我们来看一下这张图，市场份额第一的是每个 国公司，第二是德国公司，第三四五都是日本公司，中国玩家就立马不见了踪影，所以这是中国在整个芯片产业链中第一个受制于人的领域。有了高纯度的硅，那接下来就要知道硅晶片了。硅晶片的制造依然是一个非常难的制造过程， 把单肩规定横向切割，就产生了许多个圆柱形的单个规片，也就是我们常说的经缘。这些经缘经过抛光后，表面如镜子般平整洁净。 全世界只有很少的公司能够做出这种电子节的归经源，而其中前五家公司就占了百分之九十二的市场份额。中国虽然也具有经源的生产能力，但受制于技术和产能的原因，供应量实在是太小了。有了归经源，然后就要在归经源上知道芯片了。但在这之前， 你必须要有芯片的图纸，才能在硅晶源上造出芯片，那就需要有芯片的设计能力。而在全球芯片设计的产业分布上，美国的芯片设计独占半边天， 大家熟悉的高通、博通，因为达都是这类公司。当然中国也有一席之地，比如华为海丝设计的麒麟芯片，可以称得上是全球顶级的手机芯片。在芯片世界领域，我们必须起到一个细分领域，就是芯片设计软件一 da。 我们都知道，芯片的设计跟我们平常制图一样，都需要使用软件，而设计芯片的时候就必须要用到 ade 软件，也就是电子设计自动化软件。 芯片的电路设计、性能分析、设计芯片版图等等的工作都需要，但是这个软件基本被三大巨头垄断了。我们来看一下这张图，全球的 da 软件市场 基本被这三家美国公司垄断，而在一九年，这三家软件公司都被美国裹挟着与华为暂停了业务往来，也就是说，华为海丝将不能够使用这三家公司的一第一软件来设计芯片，这就让华为非常难受， 虽然也有国产替代软件，但是工作效率、工作量却会成倍增加，毕竟像华为的七零幺零二零芯片， 其中就含有一百二十一个晶体管，如果不借助于高效的软件，难度可想而知。在芯片完成设计之后，从电脑软件上的图纸转变为实体的第一步就是要知道一个光照，也叫做眼膜板，这个跟照相机的底片非常类似， 你有一张底片就可以冲洗出无数张的照片。而这个光照就是利用激光刻石技术， 在一张以石英玻璃为衬底，其上镀了一层金属个和感光胶，把电脑上的图刻在石英板上，成为一个模板。当然了，我们在这里说起来很简单，但实际上也是一个高门槛高技术的活。咱们来看一下这张图， 千五名的公司占据了全球百分之九十五的市场，除了 lzit 是韩国公司以外，其他四家都是日本公司。当然了， 第六名还有一家轻易光电，是一家中国的上市公司，值得欣慰。不过单单一个中国市场的需求就占到全球一半的需求量，一个轻易光电不足以满足这么大规模的需求，不过前景可期。那么接下来就是光客 整个光靠的原理，整个的过程跟我们冲洗照片非常类似，刚才说的制作好的光照就相当于一个照片的底片，通过光源 照射在凸透镜上产生平行光，然后再经过下方的透镜把光线缩微照射在工作台上的经源上。首先在经源上涂有光客胶，光客胶是一种非常重要的耗材，它是光客工艺的核心材料。 光客胶是一种在光照后能具有抗食能力的高分子化合物，用于在半导体基建表面产生电路的形状。蓝色部分就是在静音旋转过程中浇上去的光客胶涂层 经元旋转，可以让光可胶铺的非常薄，非常平。光可胶随后透过眼膜被曝光在紫外线之下，并变成可溶， 期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻，胶片的变化通过紫外线，眼膜会在芯片的每一层形成各种各样的电路图案，最后进入光壳 流程。我们来看一下这张图，这种材料主要被日本企业所垄断，美国仅有一家，曹氏施占率仅为百分之十五。因为八十年代美国对日本发起了半导体大战，日本半导体产业遭受了巨大的打击，之后就另体吸净， 从材料科学下手，逐渐成为了整个半套体产业的最上游。二零一九年的日韩贸易战，日本断工，材料给三星，三星就只能干瞪眼了，再牛的技术，没材料都是白扯。 我们再来看看中国的光壳胶，国产花率着实是不高，大部分还是要进口的。制造厂根据电路版图，将需要集成的电路永久性的刻实在硅片上， 这就需要光客这一重要步骤。随主流的光学光客技术基本原理与胶片曝光类似，就是利用光客胶感光后形成的耐实性。 当眼膜板上的图形刻制在一种底片上，不断的重复这个步骤便可完成整齐且复杂的图形。接下来让我们进入纳米级别的微观世界，聚焦单个晶体管及其他布界的制作过程。 芯片制造的第一步是对净颜表面进行氧化，形成一层绝缘层，一是可以做后期工艺的辅助层，二是协助隔离电学器件，防止短路。把氧化后的净颜表面悬涂一层光客胶， 随后对其进行曝光，再通过显影把电路图形显现出来。光客层多达几十层， 每一层之间的较准必须非常精确。接下来进行课时，用化学辅食或用等离子体烘机精研表面的方式。光可交覆盖的位置被保护， 没有被覆盖的位置被刻实，形成凹陷，实现电路图形的转移。离子注入就是把杂志离子轰进半导体经隔中，使得经隔中的原子排列混乱，或者变成为非经区。退火是将离子注入后的半导体放在一定的温度下进行加热， 恢复晶体的结构，消除缺陷，从而激活半导体材料的不同电学性能。物理迹象沉积用于形成各种金属层，联通不同的器件和电路， 以便于进行逻辑和模拟计算。化学迹象沉积用于形成不同金属层之间的绝缘层。电镀则专用于生长铜联线金属层。在每个结构层完成后，用化学辅食和机械研磨相结合的方式对精元表面进行磨抛，实现表面 平坦化。当然了，要想实现这个过程，必不可少的肯定是光客机，这个大家肯定是耳熟能详的，最知名的肯定就是荷兰的阿斯迈尔了。咱们来看一下这张图。 全球的光客机市场前三位就占据了百分之九十三的市场份额，但中国也有自己的光客机。上海微电子去年刚成功研发出了二十八纳米的光客机，但是紧接着阿斯玛尔就具提下的二十八纳米的光客机进行了大降价，对上海微电子进行打压。在光客机这条路上，道长且阻， 当在救援上刻实出芯片之后，就要进行厚道工序了。首先要拿到封册上进行封装和测试， 对最终得到的经元进行测试后，将经元切割成片，每一块就是一个处理器的内盒封装芯片将衬底晶片、散热器整合在一起，就形成了一个完整的处理器芯片技巧且不 如果不在外施加保护，则会被轻易的刮伤损坏，这就需要封装了。测试合格的芯片将剪薄后粘在一个厚的塑料膜上，送到装备厂，被压焊抽真空形成装配包。最终的封装形式随芯片类型及其应用场合而定。 封装的方式有多种，传统的封装方式会耗费相当大的提及，因此工程师不断改进封装技术。 不过把不同类型的集成电路封装在一起，也会发生许多意想不到的状况，比如不同电路之间的信号相互干扰等等， 这些问题都需要从事芯片封重的工程师去研究和解决。完成封装后，最后还要进行测试，为了确保芯片的功能，要对每一个被封重的芯片进行成品测试，以满足客户的要求，筛选后满足要求的成品将被发送给 客户使用，最终做成我们所见到的电子产品封装和测试的就是含量，的确是没有制造难度那么高，这个领域的中国玩家也就多了起来，除了一个安好是来自美国， 其他的基本都是中国台湾地区和大陆地区的风色厂。新派知道需要世界上最干净的房间，这也是新派生产线投资巨大的原因之一。以下是知道芯片必须的一些要素。净化间 由于芯片制造是极其精密的技术，即使是很小的污染源也有可能使产品制造失败，因此对于每种污染源都要进行特殊的控制，以满足净化师的要求。工作人员在进入净化室前必须经过一系列处理，以提高清洁程度。抛传水、 超转水可充当于杂质产生发酵反应的介质，达到溶储污染物的目的。在微电子行业中，各种清洗所用的有机溶 和酸等都不是最纯的，含有各种杂质，而超纯水的纯度最高，因此最后一道清洗工序要用超纯水来完成。高纯气体从制备多晶硅到最终的退火工艺集成电路的制造过程需要用到的气体有三十多种， 随着基层进入规模的扩大，气体中微量的杂质造成的影响更加明显，往往会使成品率显著下降，因此非常有必要使用高纯气体。 超镜。高纯世纪超纯高净世纪主要用于归单晶片的清洗。光客腐蚀工序中 纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能、可获性都有着重要的影响。半导体不是造原子弹，难度比造原子弹高，可能有人会说原子弹是什么级别半导体才拿到哪，但是原子弹也好，两弹一星也好，这只是知道一个产品，而我们国家现在打 做的是一个产业，或者说是一个工业。工业和产品的区别就是工业作为一个生态，想要长久的存活下去，要遵循自然规律，业务投入有产出，能够自下的生存。半导体工业界的方方面面，小到一块地板，一颗钉子，大到最先进制成的工厂，全都是有自己的标准的， 没有任何一个人为做出来的东西可以像芯片一样百分百精准。芯片是怎么做呢？就是拿一个硅片，然后在上面做光刻，然后在上面做辅食，上面做沉积，然后在上面做离子注入，然后形成各种各样的半导体， 在纳米级的准确度，把本来是完全均匀的一片龟变成了芯片，说白了就是这样一个东西，芯片基础难点在什么地方，他需要整个这一个公司上下一心做这样一个东西，才有可能把它做好。把龟送进芯片的生产线，一般经历今天的 技术大概要两千多步，这个就是每一阶段你做一个，好比你曝一个光，我俯视一下，我沉浸一下，这每一个都是一步，其实每一个都是好多步，因为你在沉积之前，你还得清理清洗表面，然后你还得做这个，做那个，这是每一个都是一步， 这每一步的坏的率都不能超过百分之零点零零零零零一，为什么呢？因为每一步都是在原有的基础上制造， 你要两千多步，每一步都是百分之九十九成功率的话，你把百分之九十九乘以百分之九十九，再乘以百分之九十九，连着乘以两千遍，你就可以看到基本上你出来的成品率就低到没法再低了，低过百分之八十， 你就基本上赔钱的。从管质量的，管设计的，从真正人在那运作这个机器的，从质量检测的，到策划的，到保证你的所有的这个空气啊、水啊都是用的最好， 然后到最后你这个东西还得卖出去，你卖给谁？现在的产品都成一个什么样的标准？我怎么做？在什么时候推出来？我要是比我的竞争对手推出来少了半年的话，我不知道要丢了多少多少钱了。因为这个最新的这个芯片永远是一开始卖的很高，就像一个新车一样，很快的价钱就会往下走了。 我看过几乎全中国的大厂中小厂，也见过七七八八半途而废的项目，也见过好几次，坦率的说，这两年心冷了好多次。我见到过太多大跃进式的项目，见到过太多借壳骗钱的项目，很多资本的目的性简直赤裸裸， 这对这个行业都是泡沫性的追捧，非常伤害未来的核心发展动力。如果真的自然光源物镜超精密对准系统，光靠软件超精密，贵晶片都可以，但是真的难于上青天。而实际上，此时此刻在全中国 跟这几个核心技术相关的高精尖人才加起来绝对不会超过一千人。这还是网络乐观的说，就比如说光靠机软件吧，能做光靠机商用软件加购的，此时此刻全中国还没有一个人未来可以有，也一定会有， 这个从无到有的过程就是我们要干的具体事情，但是此时此刻没有。首先，目前市面上还没有国产化商业的专业工程设计软件，连 cdd 这种画画线的都没有。 并不是我们不懂，而是商业化软件跟一般搞科研是不一样的，整个的架构超级复杂，并且要经过客户很多年打磨补 bug 才能成熟。其次还要有光学物理材料这块的顶尖之顶尖的人才，外加精元厂才能配合一起完成这套软件。 就单这套软件，如果完全靠本土培养的人才，就算国家倾尽所有，阿斯迈尔拿一台光科技给你练手少。

点沙成金的芯片制造到底有多难？首先在高温作用下，将二氧化硅和碳发生化学反应，形成纯度无限接近百分百的单金硅，然后进行融化、定型、抛光，形成金圆，完成基本的原料制造。接下来就是最难的光刻环节了，将光刻胶涂在金圆上，光刻机中的紫外线 透过印有电路的眼膜对其进行照射，曝光部分便会溶解清楚，从而在精原表面形成对应的电路结构。再利用时刻机将暴露的硅片时刻掉， 并清除所有光刻胶，露出一个个凹槽，接着注入离子，让硅拥有晶体管的开关特性，再用铜进晶体管间的连接工作，层层叠加，形成错综复杂的芯片结构。经过测试，品质合格的晶片会被切割下来，绑定银角，按照需求进行封装，一颗完整的芯片就这样诞生了。

首先我们得知道 ic 长什么样，这些黑色一块一块四周或是一整面长角的就是 ic。 不同的 ic 有不同的功能，长角就是为了能固定在电路板上，彼此合作。像是我们常用的手机里，其实就有两层电路板， 每一面都有着许多大大小小功能不同的 ic。 打开 ic 黑色的外壳后，会看到每个角都连着细丝，一路延伸到中间的小方块，也就是 ic 的本体。我们把它放大放大再放大，就能看到错综复杂的层层线路， 纵向破开后可以看到好几层粗细不同的结构。而我们一直讲的电晶体就在最底下那一区。放大来看的话，电晶体也不是一块简单的半导体，而是有不同 类型的半导体含金属组成的立体结构，结构的形式还有非常多种哦。现在我们知道 ic 有多复杂后，就来看看他到底是怎么做出来的吧。 ic 的制作分成三大阶段，设计、制造、焊、封册。 首先是设计工程师会依据功能需求设计城市，将城市转成平面逻辑，电路检查没问题后，再转成立体迷宫线路设计图。接着就像盖乐高需要基座一样，该爱心线路迷宫也需要基座，也就是金元 金源是由高纯度的细达成细金柱后切成不到一毫米的薄片，通过化学机械研磨而成。金源有各种尺寸，最大的直径约三十公分。然后这是神奇的智障 纳米线路迷宫技术了。以前面出现的骑士厂效应电晶体为例，首先在金源表面沉积数纳米到数百纳米不等的薄膜层 涂上光阻剂，接着用紫外线照射可有设计图的光照，再利用镜片缩小成纳米尺寸，被照到的地方就会起化学反应。接着就可以利用溶解汗时刻清除不要的部分， 再反复几次就可以做出电晶体。接着再反复无数次，就可以做出上方层层堆叠的线路，经过短则一个月，长则四个月甚至更久的时间，无数个电晶体很复杂的线路迷宫就完成了。 最后是封册大片，金元会被切割成上百片的 i c， 筛选出合格品后，将金 片贴在导线架上，焊上线路，装上保护壳，剪切成型，就变成常见的黑色转角的模样。最后再通过重重严格的测试，可以上市返收的 ic 就完成喽！

造芯片首先要有光，人类如何用缥缈无形的光雕刻出一枚精巧至极的芯片？为什么？光刻是芯片制造中一切工序的基础，而经原厂中的光刻流程，具体又有哪些步骤？今天这个视频让我来给你说明。 哈喽，大家好，我是不认真听讲就打人的芯片工程师三圈。经过前三期的视频，我们了解了龟片的制作过程和洁净式的工作原理。那既然原材料和无尘车间已经到位，那么从这期开始，我们来逐个揭秘芯片制造的每个关键环节和设备。 那掌握这些知识有什么用呢？就是万一不小心穿越到古代，重建现代文明的任务就交给你了。所以别忘了做好笔记，点赞收藏， ok， 废话少说，龟片到芯片的蜕变之旅，就让我们从光刻与光刻机说起。光刻， 顾名思义，就是用光来雕刻，为什么是光？因为他快。对于二十四小时运转的芯片上而言，时间就是金钱，速度决定产量，而在我们所处的宇宙中，光就是速度的极限。啪的一下，很快啊，光刻就完成了。那光是如何被驾驭用来刻出芯片的呢？ 答案是通过光眼膜、光刻机和光刻胶。光眼膜是芯片的蓝图，是一张刻有集成电路版图的玻璃遮光板。光刻机就像一台纳米机的打印机，发光，将光眼膜上的图形投射在龟片上。 光刻交则是能把光影化为现实的一种交体，有着正交和副交之分。以正交为例，他是一种见光死的材料，在暗中坚挺，但只要被特定波长的光照射，就会疲软，继而能被溶解清除。副交则刚好相反，利用光刻交 到的这种光明性，我们就能用光来雕刻芯片。举个例子，假如我们想做一个沟槽式的内存芯片，就得在平整的龟片上挖几千个坑道来做电容器矩阵。那如何通过光刻在一平方毫米的地方同时挖出这么多间距和深度一致的坑呢？ 挖坑我最擅长了。我来告诉你，首先，暗中给龟片涂一层光刻胶，再照上光眼膜进行曝光，也就是让光线按照光眼膜上设计好的坑位。通过照在光刻胶上， 这一部分的胶体就会疲软，随即被溶剂洗掉，而剩余坚挺的光刻胶就成为了保护膜。 接着，只要用能腐蚀硅的溶剂把没有光刻胶保护的坑位区域腐蚀掉一层，最后再把光刻胶保护膜清除，我们就在同一时间里完成了大量深坑的精确雕刻工作。而这种光刻 后对龟片定向做减法的腐蚀就是克时。此外，我们也可以通过对龟片做加法来造坑。比如通入化学气体在龟片上均匀生长出一层物质，此时没被光刻胶保护的部位厚度增加， 而长在光和胶保护膜上的物质会随着之后胶体的清除而一同被清除，相当于厚度不变。这种定向作加法就是沉积。 课时和成绩都是芯片制成的重要工序，也是这一期视频挖的两个坑，以后会详细补上。 所以，狭义上的光刻刻的不是龟片，而是龟片上的这一层光刻胶。把刻好的光刻胶作为蓝图，再结合下一步的刻实或沉积，才能对龟片进行雕刻加工。另外，为了给半导体龟赋予电特性，我们还要在特定区域做离子注入。为此也得先进行 光刻，把不想注入离子的区域用光刻胶贴膜保护。正因为每一次刻时沉积和离子注入几乎都需要光刻作为前提，所以在芯片制造的一切工序之中，光刻是根基，往往占据整套工艺近一半的工时和三分之一的成本。而这也是为什么我们首先讲解光刻的原因。 打光客的流程总结起来非常简单，涂胶、曝光、冲洗、完事是但不完全是。在实际生产中，我们每做一次光客，至少要经过八个步骤，三次烘焙。 第一步是龟片清洁与表面易处理。光刻对于清洁度的要求远远超过最先进的手术室。如果你想知道什么才是真正的干净，可以看看上期视频这洁净式的秘密。所以光刻前要给龟片洗个澡，先施法清洗，再用去离子水清洗， 来去除吸附在龟片表面的污染物、上一道工序的残留物以及溶剂中的金属、离子等杂质。之后再通入一种叫做六甲基二硅氨烷的气体，简称 hmds。 经过这种气体熏蒸后，龟片表面会被充分脱水，因为表面清水枪机被置换成了疏水机，这样龟片就能更好的年复光刻胶，所以这一步又称增年处理。 之后，把过滤后的光刻胶滴在龟片中央，让龟片先高速转动，把胶体摊开，再以较慢的速度旋转，让胶体的厚度稳定。这个过程大部分光刻胶都会被甩出去浪费掉，只留一层均匀的胶体，相当于给龟片贴了个膜，那请问贴膜最怕什么？请在弹幕大声告诉我！ 没错，最怕气泡！所以涂胶机器的转速控制和排风大小都非常讲究，因为光刻胶中一旦产生气泡，会影响后 学工艺，造成诸如过度刻实之类的问题。那另一个问题，我在第二期视频讲龟片生产为什么要磨边时提到过，光刻胶在悬涂时容易因为离心力在边缘处累积，这种堆积在边缘甚至流到背面的光刻胶滴会影响龟片在光刻机中的曝光。所以涂胶完成后还要去边， 也就是在龟片边缘喷涂溶剂，去掉边缘处一圈的光刻胶。涂胶后要对龟片进行曝光前的烘焙，又称前烘。 这一步，机械臂会把龟片拿出放在烤箱或者热板上进行烘焙，目的是减少光刻胶中的溶剂含量，让其更加浓稠坚固，提高与龟片附着的稳定性。 前烘一般只用一百度左右的温度烤一分钟，光刻胶是不耐高温的，大家记住，以后会烤。前烘完成后，光刻机上场对龟片进行曝光。 本期视频由于篇幅限制，这里我用三句话概括一下光刻机里发生了什么。一、光眼膜透镜组和龟片弓箭台会精密对准和调频。二、光源放光。三、移动弓箭台，让龟片有序曝光。三句话让一台光刻机花了十亿元。 可不要小看这平平无奇的三句话，里面隐藏了人类工程学的众多巅峰之作。比如透镜表面起伏不超过零点零五纳米的菜丝。透镜是地球文明最接近三体水滴的得意之作， 比如对准能同步对准和曝光的双弓箭台系统，是阿斯麦打败日本光科机场商的法宝之一。比如光源由四十千瓦激光驱动的极子外光，是把液态吸烘成等离子体时发出的动感光波。之后我会用两期视频来详细 告诉你为什么光刻机这么贵，里面到底用了哪些黑科技。现在先回到我们的制成龟片。从光刻机出来后，还要经历一道曝光后的烘焙，简称后烘。这一步的目的是通过加热，让光刻胶中的光化学反应充分完成，可以弥补曝光强度不足的问题， 同时还能减少光鹤胶显影后因为助波效应产生了一圈圈纹路。这里听不懂没有关系，以后讲光鹤胶的那一期，记得回来补课 后轰。之后把之前曝光的部分溶解清除，光眼膜上的图形就浮现在了光刻胶上，这就是显影和冲洗。 通常的做法是先用去离子水润湿硅便，然后把显影液一般是四甲基氢氧化氨的水溶液均匀喷淋在光刻胶表面，让光刻中被曝光了部分充分溶解，最后再用去离 似水冲走。假如是四十五纳米以下的制成，因为尺寸太小，溶解残留物的笔表面积过大，粘附力强，甩不掉冲不走，所以还要加喷氮气把它们吹走。 显影完成之后，如果是施法制成，还需要再烘焙一次，让保护膜更坚挺，更加顶得住刻实，所以又称揭膜烘焙，以此来进一步减少光刻胶中的溶剂含量，防止多余的水分影响之后的施法刻实。假如之后是等离子体刻实，也就是俗称的干法，那这一步也可以省略。 最后还要用仪器测量光刻胶的膜后套刻精度以及关键尺寸。像七纳米、五纳米这样制成的线宽缺陷，用光学显微镜肯定不够看了，必须用精度更高的电子扫描显微镜，甚至是原子力显微镜才行。光刻胶的分辨率必须达标，才能保证一次 为蓝图的课时沉积或离子注入能顺利进行。而一张龟片要反复经过上千次这样的操作，才能雕刻出数以亿计的电子器件及其对应的电路连接，最终成为我们手机里的一枚小小芯片。 ok！ 以上就是光刻的基本原理以及简要的光刻流程，如果你有学到一些新的知识，记得一键三连。那么 目前来说，整个光刻流程所必需的光刻机、光刻胶和光眼膜，他们的国产替代程度都很低，区别在于是基本依赖进口，还是大部分依赖进口。这些关键的材料设备，我们以后再单独分析。 这里只说一下相对次要的涂胶烘焙显影轨道式一体机，顾名思义，它是和光刻机搭配使用，用来给龟片提供除曝光以外的光刻一条龙服务，价格不算贵，只有光刻机的二十分之一。 目前在国内的芯片厂中，涂胶烘焙显影一体机基本被日本的敌人式和东京电子所垄断，尤其是后者，试战率超过百分之九十。作为芯片制造的重要设备供应商，东京电子的知名度远不如聚光灯下的阿斯麦， 但在业内，他是一家举足轻重的厂商，设备涉足光刻胶、土布清洗、沉积和干法刻实等各个制造环节，尤其在目前最先进的 euv 制成光刻机是只有阿斯麦能做，而光刻胶土布只有东京电子能做。 这里顺便说一句，日本半导体产业曾经在八十年代如日中天，但随后在美国的科技制裁和贸易打压下逐渐凋碧，而东京电子是其中极少数存活下来并进一步发展壮大的企业。关于上世纪末日本半导体的崛起与衰落，是 是一段非常值得当下我们借鉴的历史，想听的同学可以在弹幕扣一，有机会的话我讲给你们听。 可远了。回到涂胶烘焙显影一体机，目前具备国产替代能力的只有沈阳的新元威，虽然试战率现在只有百分之四左右， 而且由于技术和精度上的限制，只能用于二十八纳米以上的制成，但能够打破日本厂商的垄断地位，实现从零到一的转变，对于我们争夺技术话语权、提高谈判意价筹码都是非常有意义的。做设备和仪器是一件很难赚到钱又需要大量人才和资金的事情， 其他国家几十年时间完成的技术积累很难在一息之间迎头赶上。我在讲解芯片的每个生产环节时，都会对比一下国内外的差距，这不是要长他人志气？相反，作为一名进过工厂留过片的工程师， 时常用着英文的仿真软件、德文的操作界面、日文的仪器，说明我比任何人都希望有一天能用上中文界面的生产设备和测量仪器，我也相信这一天一定会到来。 为此，绝不能盲目自信，固步自封，必须先冷静清醒地认识到差距在哪，才能用脚踏实地的态度来追赶。 到此就是本期视频的全部内容。当然，这期为了方便大家理解，我跳过了一些知识点和技术细节。比如做深紫外光刻需要涂的抗反射层、水晶模式、光刻的隔水涂层，以及光眼膜积变，光刻胶中毒等等问题。而不是说你舔一口光刻胶，你中毒了的问题，而是说光刻胶被污染导致他自己中毒 失效的问题。还有像光刻机曝光的过程，短短几秒钟的事情，里面的东西我可以讲上一整天，下一期我会讲讲光刻技术的进化史，以及光刻机厂商之间的战争史。看看一台光刻机里有些什么东西，凭什么卖他十个亿？ 工程师们又用了哪些丧心病狂的方法，才勉强让摩尔定律多撑了几年。还有作为后起之秀的阿斯麦，如何在四十五纳米的技术路线之争中一战封神，带着三星台机电击拳升天。对半导体和芯片感兴趣的小伙伴别忘了点个关注，我是三圈，下期再见，超超！

所谓芯片，就是将可以实现运算或储存等功能的电路提升在一块很小的微片上。它诞生的过程分为设计、制造、封装这三步。我们熟悉的高通、华为、海丝和联发科其实都只是做芯片设计的公司。 首先要进行电路图设计。我们明确好芯片的规格和功能后，先给出一张不满雨门、飞门、货门等集成电路逻辑符号的逻辑设计图， 大概长这样，再根据逻辑图设计电路元气件的布局，给出电路图大概长这样。如果完全看不懂这两张图，不用怕，我们精心挑选了高等教育出版社出版数字电子技术基础和模拟电子技术基础两本书，适合高中及以上学的朋友从零学起。 除了理论知识，芯片设计还需要软件支持。就像做图画图纸需要 ps 和 cad 等软件一样，逻辑图和电路布局图也并非是在纸上徒手作画，而是需要使用 eda 软件。如果设计二十二纳米以下制成工艺的芯片，就必须从三家总部在美国的公司购买正版软件。在 eda 软件上最终会得到类似这样的电路图， 然后将其制成一张光照。光照的原理和作用类似于传统照相机的底片，光线打过光照后，我们就可以得到一层电路图形。由于一枚芯片是由几十层电路层层堆叠而成的三维结构，所以就需要用几十层光照一一对应。 比如一张七纳米制成的处理器芯片，往往会需要八十张以上的光照。拿到光照后，我们开始自制芯片的第二步，制造。台积电的生意就集中在这一步，造的目的可以理解成是在一层层不同材质的薄膜上刻出对应的一层层电路的布线，这样当薄膜堆叠起来时，就可以实现电路图上电路的功能。 简化描述一下今天的制造过程。首先在硅片上覆盖一层薄膜，涂上光可胶，然后用强光透过稀有电路图的光照打在光可胶上。强光会破坏光可胶的结构，但光照上被遮挡的部分，光可胶不会被破坏，光照也就拷贝到光可胶上， 最后在充实溶解掉。没有被光可胶覆盖了薄膜以及剩下的光可胶金元上，就只留下与电路图图形一模一样的薄膜了。 利用设计好的多层光照，不断重复上述过程，最后最初的规片就可以变成这样一张不满几十个芯片的 ic 金源。在了解芯片制造复杂流程的同时，还有一个严峻的问题，就是如何获得所需的高品质原材料和制造设备，比如制造环节最重的光科机去哪买？目前高端光科机市场几乎被荷兰阿斯麦公司垄断， 他们二零一九年生产的二十六台 eov 攻克机，约有一半北台机电买走，每台约一点二亿美元。另外，根据阿斯麦的客户联合投资专案，他们的客户往往都是投资自己的普工， 比如台积电就在二零一二年以八点三八亿欧元获得了阿斯麦版。这么多准确的 ic 精元上有几十张芯片，但看上去和拆开手机后，我们看到 芯片还不太一样，因为还差最后一步封装。如果你拆过手机或电脑，可能对主板上这样的小黑盒有印象，所谓封装，就是将 ic 精元上剪下来的芯片装进这个小黑盒的过程。对于产业链末端的封装，相对来说门槛和附加值较低，劳动密集度比较高，国内有多家 企业在深耕这一领域，占据着相当一部分市场份额，至此就搅拌了自制芯片的全部流程。但在各位亲自动手发家致富之前，还要泼点冷水。 目的所及，我们见过的自制芯片最成功的是一位阿博主自制了一枚一厘米工艺的芯片。作为对比，华为 p 四零系列使用了麒麟九九零五 g， 基于的则是七纳米工艺。可以说，最近三十年的科技产业史，就是一部科技产业链分工合作不断、机器化的历史。眼下，一个个人或是一家公司想要包揽芯片全产业链，几乎是件不可能完成的任务。 封印忌讳浪潮汹涌，当中国科技产业慷慨应战，我们不能也不应该将所有希望全部寄托在某一家公司身上，不管他叫华为还是叫中兴国际。

所谓芯片，就是将可以实现运送或储存等功能的电路集成在一块很小的硅片上。他诞生的过程分为设计、制造、封装这三步。我们熟悉的高通、华为、海斯和联发科其实都只是做芯片设计的公司。 首先要进行电路图设计。我们明确好芯片的规格和功能后，先给出一张布满雨门、飞门、货门等集成电路逻辑符号的逻辑设计图，大概长这样。再根据逻辑图设计电路元器件的布局，给出电路图大概长这样。 如果完全看不懂这两张图，不用怕，我们精心挑选了高等教育出版社出版的数字电子技术基础和模拟电子技术基础两本书，适合高中及以上学历朋友从零学起。 除了理论支持，芯片设计还需要软件支持。就像做图画图纸需要 ps 和 cd 等软件一样，逻辑图和电路布局图也并非是在纸上徒手作画，而是需要使用 eta 软件。如果设计二十二纳米以下制成工艺的芯片，就必须从三家总部在美国的公司购买正版软件。在 eta 软件上，最终会得到类似这样的电路图， 然后将其制成一张光照。光照的原理和作用类似于传统照相机的底片，光线打过光照后，我们就可以得到一层电路图形。由于一名芯片是由几十层电路层层堆叠而成的三维结构，所以就需要用几十层光照一一对应。 比如一张七纳米制成的处理器芯片，往往会需要八十张以上的光照。拿到光照后，我们开始自制芯片的第二步，制造台阶垫的生意就集中在这一步。

你知道吗？只有指甲盖大小的芯片内含几十亿甚至上百亿的晶体管，把通话、拍照、游戏、听音乐等功能高度集成在 ic 芯片上，才有了便于携带的智能手机等移动工具。 为了让大家更好地理解芯片是如何诞生，我们将该过程分为前端设计、后端制造、封装测试。一、芯片设计要制造一颗芯片，首先是了解用户需求，确定设计目的。 接着采用硬件描述语言 vhdl， 用代码写出芯片的功能，再用一代软件验证代码，并变成逻辑电路图，最后转换成芯片物理电路图。二、芯片的制造你能想象吗？ 芯片的原材料竟然是沙子！沙子学名石英矿石，主要成分是二氧化硅。在取得 gds 物理电路图后，半导体制造厂商会往二氧化硅里加入碳，通过高 高温提炼、化学反应等工艺提炼出高纯度单金龟棒，再经过打磨、切割、倒角、抛光等工序，将其变成需要的硅金元。接着在金元上涂膜，涂不光，刻胶后使用紫外线透过印着设计好的电路图的眼膜照射在硅金元上， 通过化学物质溶解暴露出来的精元，加入膨和磷后，硅结构就具有晶体管属性。最后填充铜，以便和其他晶体管互联。重复以上步骤，几十次以上，层层堆叠，最后形成裸芯片。三、芯片的封装 制造出来的裸芯片还需要用塑料陶瓷来给电路加上保护层，避免芯片刮伤或者高温破坏。封装好的芯片通过测试后就可以包装销售使用了。这一环节就相当于是对房屋的装修以及水电网的检测，最后确保房屋正常使用。

打光客的流程总结起来非常简单，涂胶、曝光、冲洗完事是但不完全是。在实际生产中，我们每做一次光客，至少要经过八个步骤，三次红北。 第一步是硅片清洁与表面玉处理。光客对于清洁度的要求远远超过最先进的手术室。如果你想知道什么才是真正的干净，可以看看上期视频，是洁净室的秘密。 所以光客前要给硅片洗个澡，先施法清洗，再用去离子水清洗，来去除吸附在硅片表面的污染物、上一道工序的残留物，以及溶剂中的金属离子等杂质。 之后在同一种叫做六甲机二硅胺丸的气体，简称 hmds， 经过这种气体熏蒸后，硅片表面会被充分脱水，因为表面清水枪机被置换成了输水机，这样硅片就能更好的粘附光刻胶， 所以这一步又称增年处理。之后，把过滤后的光刻胶滴在硅片中央，让硅片先高速转动，把胶体摊开，再以较慢的速度旋转，让胶体的厚度稳定。这个过程大部分光刻胶都会被甩出去浪费掉，只留一层均匀的胶体，相当于给硅片贴了个膜。 那请问贴膜最怕什么？请在弹幕大声告诉我！没错，最怕气泡，所以涂胶机器的转速控制和排风大小都非常讲究，因为光刻胶中一旦产生气泡，会影响后续工艺，造成诸如过度克时之类的问题。 来另一个问题，我在第二期视频讲硅片生产为什么要磨边时，提到国光刻胶在悬图时容易因为离心力在边缘处累积，这种堆积在边远甚至留到背面的光刻胶滴会影响硅片在光刻机中的曝光，所以涂胶完成后还要去边， 也就是在硅片边缘喷涂溶剂，去掉边缘处一圈的光刻胶。涂胶后要对硅片进行曝光前的烘焙，又称前烘。这一步，机械臂会把硅片拿出放在烤箱或者热板上进行烘焙，目的是减少光刻胶中的溶剂含量，让其更加浓稠坚固，提高与硅片附着的稳定性。 前烘一般只用一百度左右的温度烤一分钟，光刻胶是不耐高温的，大家记住，以后会烤。前烘完成后，光刻机上场对龟片进行曝光。本期视频由于篇幅限制，这里我用三句话概括一下光刻机里发生了什么。 一、光眼膜透镜组和龟片弓箭台会精密对准和调平。二、光源放光。三、移动弓箭台让龟片有序曝光。三句话让一台光壳机花了十亿元。可不要 小看这平平无奇的三句话，里面隐藏了人类工程学的众多巅峰之作。比如透镜表面起伏不超过零点零五纳米的蔡思透镜是地球文明最接近三体水滴的得意之作。 比如对准，能同步对准和曝光的双弓箭台系统，是阿斯麦打败日本光客机场商的法宝之一。比如光源由四十千瓦激光驱动的集子外光，是把液态吸烘成等离子体时发出的动感光波。 之后我会用两期视频来详细告诉你为什么光科技这么贵，里面到底用了哪些黑科技。 现在先回到我们的制成归片，从光客机出来后，还要经历一道曝光后的烘焙，简称后烘。这一步的目的是通过加热，让光客胶中的光化学反应充分完成，可以弥补曝光强度不足的问题，同时还能 减少逛客交嫌疑。以后因为助播效应产生了一圈圈纹路，这里听不懂没有关系，以后讲逛客交的那一期，记得回来补课 后轰。之后把之前曝光的部分溶解清除，光眼膜上的图形就浮现在了光客胶上，这就是显影和冲洗。 通常的做法是先用去离子水润湿硅变，然后把显眼液一般是四甲肌清氧化氨的水溶液均匀喷淋在光客胶表面，让光客中被曝光了部分充分溶解，最后再用去离子水冲走。 假如是四十五纳米以下的制成，因为尺寸太小，溶解残留物的比表面积过大，粘附力强，甩不掉冲不走，所以还要加喷氮气把它们吹走。 显影完成之后，如果是施法制成，还需要再烘焙一次，让保护膜更坚挺，更加顶得住课时，所以又称揭膜 烘焙，以此来进一步减少光客胶中的溶剂含量，防止多余的水分影响之后的施法克什。假如之后是等离子的克什，也就是俗称的干法，那这一步也可以省略。 最后还要用仪器测量光刻胶的膜后套刻精度以及关键尺寸。像七纳米、五纳米这样制成的线宽缺陷，用光学显微镜肯定不够看了，必须用精度更高的电子扫描显微镜，甚至是原子力显微镜才行。 光客交的分辨率必须达标，才能保证以此为蓝图的客时乘机或离子注入能顺利进行。而一张规片要反复经过上千次这样的操作，才能雕刻出数以亿计的电子器件及其对应的电路连接，最终成为我们手机里的一枚小小芯片。

拉丹晶制造法 我们可以看到枪式加热器以及中间的隔热层。 图中所示的是多金龟，下面的橙装容器是干锅，先融化多金龟， 再将晶种置入微溶体当中， 晶体慢慢开始生长，通过调节拉出的速度来调整金棒最终的直径大小， 将金棒与干锅反向旋转，以提高掺杂的均匀性。 看，金棒制作完成了。第二步是粗膜和切片，把提拉法制成的龟棒打磨成目标直径， 增加一个定位边， 用一百到二百微米粗的高强度钢丝绕着带等距勾到的转轴滚动。 如图中所示， 转轴的速度大约是十米每秒，规定被带有金刚石涂层的钢丝切割成单层金圆。 第三步是研磨和食客将多个精元一次性放置在智有研磨液的上下两个反向旋转垫上， 去除损坏的表面硅，并研磨至预期的精元厚度。 步骤四是抛光和清洗。 将切割后的晶片放入十克剂中，去除表面杂质。 上面所示的是精元，下面是抛光电和研磨液。 在化学机械研磨 cmp 中，为了获得超平坦的晶体表面，应当使用超细颗粒对晶片进行机械和化学抛光。 这一步骤完成后，我们就能得到一片可以使用的经源了。前端生产线经源检测合格后，开始前端生产线的工作。 这一阶段主要完成集成晶体管的制造，首先在经元表面沉积一层二氧化硅， 其次在表面再沉积一层很薄的淡化硅， 然后涂上一层光可胶，利用悬涂技术使光可胶均匀涂抹晶体表面，形成一层很薄的光可胶薄膜。下一步由玻璃机板和各原子遮光层构成的眼膜板被投射到一个透镜上，透镜可以缩小眼膜板 投影到光壳胶上的图形。 光可胶被紫外线曝光的部分变得可溶解 暗色区域，代表将被去除的光刻胶。 在显影过程中用专用的显影液去除这一部分，让我们更近距离的观察经元表面。 显影液将光刻胶下的淡化硅层暴露出来，随后使用等离子体干法，时刻把淡化硅层和二氧化硅层时刻下去， 最后去除光可胶时刻暴露出来的龟， 接着再沉积一层二氧化硅，使晶体管之间绝缘，再利用石刻和研磨工艺将硅爆露出来。使用光可胶和曝光技术让光可胶保护住表面不希望被掺杂的二氧化硅 暴露出来的龟。使用离子注入技术进行 n 型或 p 型掺杂。 以 n 形掺杂为例，离子注入后去除光可胶，观察掺杂区域，我们能看到注入的电子可以自由移动，使得这部分硅可以导电。 最后制作山级绝缘戒指，继续重复涂光、刻胶、曝光、离子注入等步骤制作晶体管的原级与漏级，这就是晶体管的基础结构。 前端生产线制造完成。

大家好，第二讲讲的是芯片制造全流程动画演示。首先要制造经源，在上面生成一层氧化硅涂层，涂光刻胶曝光 显影时刻， 然后再去除光可胶， 形成氧化薄膜，用纯水进行清洗 化学七项沉积， 再涂光刻胶、曝光 显影十克。十克完成后去除光可胶，用纯水清洗， 进行离子注入 退火形成 pn 节，在氧化 cmp 化学机械研磨 用纯水清洗。完成这个步骤后，我们还要再进行涂光刻胶、 曝光显影 十克，十克后去除光刻胶进行清洗。下一步是进行金属 cvd 化学气象沉积， 如图中所示，我们再涂一层光可胶进行曝光显影 显影后进行十克，十克完成后去除光刻胶， 就完成了这一套流程和步骤，如图中所示，这六步循环往复。

英菲灵是全球半导体解决方案的领导者，致力于让生活更便利、安全和环保。面对人口快速增长、超大城市不断涌现和自然资源日益匮乏等问题， 世界各地的研发专家都在探寻解决这些全球性挑战的创新之道。 数字化转型也将改变我们未来的生活和工作方式。 如何为与日俱增的世界人口供应能源，以满足追求更高生活水平的需求，同时最大限度的减轻环境影响。微电子技术是关键， 微电子也是智能汽车高效能源管理及数据安全存储和传输的基础。 要解决当今社会的挑战，我们离不开半导体。随着现实与数字世界的界限越来越模糊，数字化转型的势头日益迅猛，半导体将扮演更加重要的角色。 数字化正帮助提高工业生产的效率，通过更环保的耕作方式来提高农业产量。它为终端消费者创造新机遇，例如智能家居和网联汽车，促进全球沟通交流， 通过无现金支付让日常生活更便捷。无论你是否意识到，我们生活中的许许多多日常都是由 高度复杂的微电子系统控制的。这些微小的、挤进隐形的微芯片已经成为我们生活中不可或缺的一部分。所有的芯片都源于一种非常简单的原材料沙子。 沙子主要是由二氧化硅和硅酸盐组成。硅是地壳中含量第二丰富的元素，但迄今发现的硅即以含氧化合物的形式存在。为确保硅晶体达到制作芯片所需要的高生产标准， 硅的生产需要非常复杂的物理化学过程。为了将硅砂转化成硅，必须加入碳并加热到极高温度以去除氧，然后还要经历许多其他步骤才能得到成品及纯度极高的 单经规定，也称经定。每一千万个硅原子中只有一个杂质原子规定的直径有大小之分，最常见的有一百五、二百和三百毫米。 通过特殊的切割技术规定被切割成极薄的晶原。晶原直径越大，能给芯片提供的空间就越大， 这些精元是后续芯片生产的基本构建。硅是一种半导体，这意味着他既能导电，又能充当绝缘体。每个硅原子的最外层都有四个嫁电子，但无自由再留子。 因此纯单晶硅在室外下不导电。为了让它能够导电，必须向晶源 中掺入少量的特定原子作为杂质。这些杂质原子的最外层必须拥有一定数量的嫁电子。相比龟，要么多一个，要么少一个。 硅式元素周期表中的第四主族元素，这意味着向精元中掺入的必须是第三或第五主族元素，此过程被称之为掺杂。 彭和林是第三和第五主族中最合适的元素，他们在元素周期表中靠近龟，因此性质非常相似。 林园子最外层有五个架电子，被引入硅晶阁中时，林第五个架 大电子可以自由移动，这意味着归零晶体属于 n 型硅导体。 相反，蓬元子最外层只有三个架电子，被引入到硅金阁中时，硅元子有一个架电子无法形成共架件，这就形成了电子空穴。对 空穴像正电鹤离子一样在晶体中移动，从而形成 p 型硅导体。晶体管构建在掺杂晶源中的 p 型和 n 型导电层上。 晶体管是微芯片中最小的控制单元，他们负责控制电压和电流，是电子电路迄今为止最重要的原件。 芯片上的每个晶体管都含有由硅晶体制成的 p 型和 n 型导电层，他们还有一层额外的二氧化硅，起到绝缘体的作用，在这上面加有一层导电多晶硅。 每个晶体管有三个电极，中间电极与属于导电多晶硅的山极相连。 如果只给另两个外层电极上电，由于晶体管被关断，电流无法流动，但如果再给中间电极上电，就能改变这种局面。 来自 p 型导电层的电子被拉向中间电极，聚集在硅晶体和 原山极氧化层的交界区域中，然后在 n 型导电电极之间的山极下面就形成了一个勾道，电子就可以通过这个勾道流动， 从而形成闭合电路。如此，晶体管即可在电流导通和关、断、零和一及开和关之间来回切换。但这些是如何构建到晶源上的呢？ 从精元到芯片的制造过程始于版图和设计阶段。高度复杂的芯片由数十亿个互联集成的晶体管组成， 使得微控制器和加密芯片等复杂电路能被构建在只有几平方毫米大小的半导体表面上。 原件数量之多使得深入的设计过程必不可少。这需要明确芯片的功能，模拟他的技术和物理特性，进行功能测试，并完成单个晶体管的连接。 利用特殊设计工具绘制出竭诚电路的平面图，并构建出三维的三层结构图。该设计图被转移到眼膜上。眼膜在之后的芯片制造工具中用作图形模板，以提供电路的几何图形。 为保证能够完美无缺的再现芯片的微观结构，必须在温度和湿度均稳定的无尘环境中制造芯片，也就是说， 必须在洁净室中制造芯片。洁净室是指在约一立方米空气中不允许有一粒以上超过零点五微米灰尘的房间，这种洁净度比手术室里的空气还要高。 洁净式的通风、过滤和供电系统因此必须极其复杂。洁净式每小时流通的风量达到数百万立方米， 有数百个风量调节装置维持空气流量恒定。在这种生产区域工作的员工必须遵守极其严格的着装规定，他们在上班前不允许吸烟， 也不允许化妆或佩戴首饰，只能通过专门的气闸式进入洁净式生产区。 芯片构建在由规定切割而来的机片上，取决于芯片尺寸。在一颗晶原上可以制造几十或几千颗芯片。 首先，晶原表面在大约一千摄氏度的高温炉中氧化形成非导电层，然后利用离心力将光刻胶均匀的涂布到该非导电层上，由此形成一个光敏层。 然后在称之为步近视的专用光刻机中透过眼膜给精元曝光。 在此过程中，通过芯片模板上杯托大小的区域又称模板。电路设计的复杂几何图形被转移到龟片上。 芯片图案的曝光区域被显影，露出下面的氧化物层，未曝光的部分保持原样用于保护氧化物层。 此后在一使用施法或等离子时刻鲜硬的区域中时刻掉暴露的氧化物层。在等离子时刻中，特殊气体要与衬底反应，并将在反应适中被除去， 这使得可在上一步曝光和显硬的窗口中除去微观层精元在除去光刻胶残留 清洗之后进行进一步的氧化。一是导电多金龟被沉积到该绝缘层上，然后再次徒步光刻胶，并透过眼膜给星缘曝光。 再次剥离曝光的光刻胶之后时刻掉多金龟和保养化物层，只在光刻胶下面的中心位置将这两层保持完整。 接下来是掺杂工序，需在暴露的硅中引入杂质原子。利用离子注入机将杂质原子轰击到硅片中。这颗使暴露的硅片表面几分之一微米 导电性发生改变。除去光刻胶残留后，再生长一层氧化物层精源，再进行一次徒步光刻胶，透过眼膜曝光和玻璃曝光。光刻胶的过程 时刻接触孔供导电层访问，使得接触孔与互联能被集成到精元中。 这一步需要用建设机将金属合金沉积到晶原表面。 再次徒步光刻胶和眼膜曝光为曝光的部分保持原样。时刻工艺用于提供与底层的接触点。 为了使互联结构上面的绝缘层具有所需的光滑表面，利用微米级精度的化学机械研磨工艺 磨去多余的绝缘层。在集成电路完成之前，这些单独的工具可在芯片制成中重复多次，取决于芯片的大小和类型。 京元如今可以容纳几十乃至几千颗芯片。 单颗芯片通常是从精元上切割下来的，由于在切割过程中会有极小的精元碎片脱落，因此精元上面的芯片彼此并非完全保持齐平。 单颗芯片彼此之间永远留有一定的空间，称之为画片槽。测试结构也被集 承在芯片之间的这一空间中，用于在完成生产后立即开展检测。这些测试结构在切割过程中被毁掉。 切割下来的芯片尺寸通常在一平方毫米到几平方厘米之间。 芯片制造的最后一步是封装，就是将单颗芯片置于封装中并装上端子，由此获得可以利用不同类型的端子装到电路板上的成品。半导体器件连接触点可以达到近千个。 视频中展示的就是一些带封装的半导体元件。对于面向列车、电动汽车、太阳能电池板和风力发电机等应用 的功率半导体，需要使用较大型的特殊封装。这些功率半导体将用于控制高达几百安培的电流和数千伏的电压。 这种水平下的开关会产生很高的温度，而这一热量必须通过集成在封装中的散热区被耗散掉。接下来我们来看一些完全封装好的功率半导体。 芯片制成中的每一步都使用了先进的测试技术，以确保质量水平和芯片量率达到最高。研发人员利用扫描电磁显微镜 在生产过程中的不同节点反复的检查芯片。 如果将当今的微电子与人的头发丝相比，我们就能知道这些器件有多小。用于检查器件和分析缺陷的设备精度同样很高， 为了制造出这些对我们现在和未来的生活有很大影响的极小器件，高精度和高质量，在芯片制造的每一个阶段都必不可少。 从规定生产到洁净式生产，再到质量控制，我们可以看到，随着经济的发展和生活水平的提高，社会对于更便利、安全、环保的创新半导体解决方案的需求在不断增加。

信息技术发展日新月异，电子产品被越来越多地运用到生活的方方面面。芯片相当于电子产品的大脑、心脏以及感觉器官。芯片由沙子炼制而成的过程形成了完整的集成电路产业。 随着科技的发展，芯片限宽已经小到了纳米级，微尘粒子容易导致芯片功能失效或可靠性降低。因此芯片制造必须在无尘室里完成， 无尘适中的各项指标需要被有效控制。全自动化生产的无尘车间实现了每一批精源自动而精准的传送，加工、量测直至出厂。 沙子与碳在高温下置换反应，提纯拉制而成。单金龟棒再切成一片片薄薄的圆片，经过一系列工艺处理后，精源就制造出来了。 芯片制造的第一步是对晶原表面进行氧化，形成一层绝缘层，一是可做后期工艺的辅助层，二是协助隔离电学器件，防止短路。 把氧化后的惊人表面全涂一层光刻胶，随后对其进行曝光，再通过显影把电路图形显现出来。光刻层数多达几十层，每一层之间的校准必须非常精确。接下来进行课时，用画 化学腐蚀反应的方式，或用等离子体轰击金源表面的方式，光可胶覆盖的位置被保护，没有被覆盖的位置被刻实，形成凹陷，实现电路图形的转移。 离子注入就是把杂质离子轰进半导体金格中，使得金格中的原子排列混乱，或者变成为非晶区。退火是将离子注入后的半导体放在一定温度下进行加热，恢复晶体的结构，消除缺陷， 从而激活半导体材料的不同电学性能。物理气象沉积用于形成各种金属层，连通不同的器件和电路，以便进行逻辑和模拟计算。化学气象沉积用于形成不同 同金属层之间的绝缘层。电镀则专用于生长铜连线金属层。 在每个结构层完成后，用化学腐蚀和机械研磨相结合的方式对晶原表面进行磨抛，实现表面平坦化。 最后经人在经背面剪薄、切片、封装、检测。一个完整的芯片产品制备完成。 芯片制造的主要步骤需要循环反复几十次甚至上百次。一颗芯片的诞生，可谓是在头发丝上建造万丈高楼。 从沙子到芯片，凝聚了几代产业人的创造力和执行力。未来，人类还将沿着这个神话般的创举继续前行。

哈喽，大家好，嗯，本来呢想这期视频去给大家说一下芯片的岗位有哪些，但是我感觉就是如果一上来就直接给大家讲这个可能，嗯，就是云里雾里的，不清楚这个岗位的意义是什么。 呃，所以想想先给大家说一下啊，整个芯片的呃设计流程，就是从设计到制造，它的流程是什么？那么这个呢，也是呃在面试的时候必问的一个问题，所以大家一定要好好的去听一下北极试题的内容。 说到芯片，大家是不是会好奇一个芯片从无到有，他这个这个过程是什么？一个芯片的整个的啊，产业链的流程又是什么呢？啊？第一，芯片设计啊，第一步从芯片设计到芯片制造。芯片制造呢，也是被说啊，成为 就是那个进园加工再到芯片的封装啊，到最后一部芯片测试，这四大环节呢，是一个芯片从无到有的必经之路。呃，一般情况下呢，就是芯片封装和芯片测试啊，也被合称为芯片封册。但是呢 啊，整个产业链中呢，并不啊，仅仅只有这四个环节，还有另外四个非常重要的支撑环节，就是啊啊，一堆工具，然后还有 ip 支持，呃生产设备以及生产原材料，这四个呢，它也是 ic 行业中必不可少的啊关键部分。 我们先来说一下呃，芯片设计环节，其实就像我们去建一个房子一样，那么在开工之前，第一步就是呃芯片架构师，他需要呃先进行详细精确的设 设计，所以呢，芯片设计的呃第一步就是在明确市场需求之后呢，将这个市场需求转化为芯片的规格指标，然后形成芯片 spike， 也就是芯片规格说明书，他就是会非常详细的去描述这款呃芯片的啊功能、性能，尺寸、封装以及应用啊这些内容。 为了让芯片有呃升级空间，在有芯片的系统规格之后呢，就要从架构和算法上把芯片给模块化，换句话说就是呃结合架构和算法，把芯片的总体结构给搭建出来，同时呢去定义出各个功能模块， 这个时候呢就进行了第二步就是前端设计师的工作了，他就需要使用硬件描述语言搭建功能模块，通常我们用的比较多的是 vlog 来进行啊 tr 代码的设计。紧接着第三步就是逻辑功能的仿真验证，仿真验证呢就是去保证芯片功能性和正确性的一个呃非常关键的步骤。 芯片设计的第四步呢就是逻辑综合，就是把 rtl 代码转化为门级网表。那么在逻辑综合的时候呢，必须要加入设定的一些约束条件， 也就需要在最后电路面积持续等目标参数上去达到一个标准。那么芯片设计的第五步呢，就包含了布局布线设计， 还有布线验证啊啊寄生参数提取啊，布线后电路生成啊，以及布线后仿真静态持续分析这些 完成了呃这些，那么芯片设计部分也就算是结束了，在下一步呢就进入到制造阶段。在 i c 行业中呢，专门从事芯片呃设计的公司呢，一般被称为 fabulas 啊或者是叠加号， 他们并不涉及芯片的加工、封装测试这些业务啊，像沟通啊，博通啊，烟伟达啊， amd 啊，也就是那个超威半导体 啊，联发科，海思，平头哥，折扣全职啊，这些公司呢，他都是只设计不生产的。那么还有一类公司呢，他是啊，既设计又制造啊，又封装测试，多个产业环节啊，都包括。那么这一类公司呢，也被称为 idm， 像樱桃儿，呃，三星和那个 ti， 也就是那个德州仪器 都属于 ibm， 就是他不依赖于啊，任何其他公司可以自主的完成设计到生态。那么接下来呢，再来了解一下芯片制造环节，这一个环节，呃，他牛逼在哪里？ 芯片制造呢，是在硅胶原上制作电子器件和电路，他呢，就是对啊，制造环境无尘式的要求是非常高的啊，像温度啊， 制度啊，含尘量都需要非常严格的控制，而且各种芯片的制造工序也是，嗯，不一样的，但是呢，基本的工序啊，都是在这个惊人清洗之后进行氧化和电机，然后反复的进行光刻刻实啊，薄膜电机啊，以及电子注入的这些工序，最后形成晶原上的电路。 在金源完成之后呢，还需要呢进行电测试，每个金源颗粒呢啊，都是要，就是被测试到的不合格的金源呢，都会去给他标上一个记号，然后金源将于精力的为单位进行切割。像这类专门从事金源加工的工厂呢，我们都会称为方坠，大家所熟知的这个台阶电源 啊，连店革新，中兴国际，华宏，嗯，在目前台机店呢，可以说是金源加工界的 top one， 无论呢是那个先进之城还是成熟之城啊，的这个表现上大家都是有 有目共睹的，好了，这期视频先说到这，下一期呢再给大家去说一下啊，包括新品封册啊， ip 啊等等这些啊，如果大家还有什么想知道的呢？可以啊，评论告诉我。最后呢，别忘记一键三连，我们下期视频再见。拜拜。