转载芯片流程简介

微电子技术涉及的行业很多,包括化工、光电技术、半导体材料、精密设备制造、软件等,其中又以集成电路技术为核心,包括集成电路的设计、制造.集成电路(IC)常用基本概念有:

晶圆,多指单晶硅圆片,由普通硅沙拉制提炼而成,是最常用的半导体材料,按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来发展出12英寸甚至更大规格.晶圆越大,同一圆片上可生产的IC就多,可降低成本;但要求材料技术和生产技术更高.

前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后,其切割、封装等工序被称为后工序.

光刻:IC生产的主要工艺手段,指用光技术在晶圆上刻蚀电路.

线宽:4微米/1微米/0.6微未/0.35微米/035微米等,是指IC生产工艺可达到的最小导线宽度,是IC工艺先进水平的主要指标.线宽越小,集成度就高,在同一面积上就集成更多电路单元.

封装:指把硅片上的电路管脚,用导线接引到外部接头处,以便与其它器件连接.

存储器:专门用于保存数据信息的IC.

逻辑电路:以二进制为原理的数字电路。

1.集成电路

随着电子技术的发展及各种电器的普及，集成电路的应用越来越广，大到飞入太空的\神州五号\，小到我们身边的电子手表，里面都有我们下面将要说到的集成电路。

我们将各种电子元器件以相互联系的状态集成到半导体材料（主要是硅）或者绝缘体材料薄层片子上，再用一个管壳将其封装起来，构成一个完整的、具有一定功能的电路或系统。这种有一定功能的电路或系统就是集成电路了。就像人体由不同器官组成，各个器官各司其能而又相辅相成，少掉任何一部分都不能完整地工作一样。任何一个集成电路要工作就必须具有接收信号的输入端口、发送信号的输出端口以及对信号进行处理的控制电路。输入、输出

（I/O）端口简单的说就是我们经常看到的插口或者插头，而控制电路是看不到的，这是集成电路制造厂在净化间里制造出来的。

如果将集成电路按集成度高低分类，可以分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）。近年来出现的特大规模集成电路（UISI），以小于1um为最小的设计尺寸，这样将在每个片子上有一千万到一亿个元件。

2.系统芯片（SOC）

不知道大家有没有看过美国大片《终结者》，在看电影的时候，有没有想过，机器人为什么能够像人一样分析各种问题，作出各种动作，好像他也有大脑，也有记忆一样。其实他里面就是有个系统芯片（SOC）在工作。当然，那个是科幻片，科技还没有发展到那个水平。但是SOC已成为集成电路设计学领域里的一大热点。在不久的未来，它就可以像\终结者\一样进行工作了。

系统芯片是采用低于0.6um工艺尺寸的电路，包含一个或者多个微处理器（大脑），并且有相当容量的存储器（用来记忆），在一块芯片上实现多种电路，能够自主地工作，这里的多种电路就是对信号进行操作的各种电路，就像我们的手、脚，各有各的功能。这种集成电路可以重复使用原来就已经设计好的功能复杂的电路模块，这就给设计者节省了大量时间。 SOC技术被广泛认同的根本原因，并不在于它拥有什么非常特别的功能，而在于它可以在较短的时间内被设计出来。SOC的主要价值是可以有效地降低电子信息系统产品的开发成本，缩短产品的上市周期，增强产品的市场竞争力。

3.集成电路设计

对于\设计\这个词，大家肯定不会感到陌生。在修建三峡水电站之前，我们首先要根据地理位置、水流缓急等情况把它在电脑上设计出来。制造集成电路同样也要根据所需要电路的功能把它在电脑上设计出来。

集成电路设计简单的说就是设计硬件电路。我们在做任何事情之前都会仔细地思考究竟怎么样才能更好地完成这件事以达到我们预期的目的。我们需要一个安排、一个思路。设计集成电路时，设计者首先根据对电路性能和功能的要求提出设计构思。然后将这样一个构思逐步细化，利用电子设计自动化软件实现具有这些性能和功能的集成电路。假如我们现在需要一个火警电路，当室内的温度高于50℃就报警。设计者将按照我们的要求构思，在计算机上利用软件完成设计版图并模拟测试。如果模拟测试成功，就可以说已经实现了我们所要的电路。

集成电路设计一般可分为层次化设计和结构化设计。层次化设计就是把复杂的系统简化，分为一层一层的，这样有利于发现并纠正错误；结构化设计则是把复杂的系统分为可操作的几

个部分，允许一个设计者只设计其中一部分或更多，这样其他设计者就可以利用他已经设计好的部分，达到资源共享。

4.硅片制造

我们知道许多电器中都有一些薄片，这些薄片在电器中发挥着重要的作用，它们都是以硅片为原材料制造出来的。硅片制造为芯片的生产提供了所需的硅片。那么硅片又是怎样制造出来的呢？

硅片是从大块的硅晶体上切割下来的，而这些大块的硅晶体是由普通硅沙拉制提炼而成的。可能我们有这样的经历，块糖在温度高的时候就会熔化，要是粘到手上就会拉出一条细丝，而当细丝拉到离那颗糖较远的地方时就会变硬。其实我们这儿制造硅片，首先就是利用这个原理，将普通的硅熔化，拉制出大块的硅晶体。然后将头部和尾部切掉，再用机械对其进行修整至合适直径。这时看到的就是有合适直径和一定长度的\硅棒\。再把\硅棒\切成一片一片薄薄的圆片，圆片每一处的厚度必须是近似相等的，这是硅片制造中比较关键的工作。最后再通过腐蚀去除切割时残留的损伤。这时候一片片完美的硅圆片就制造出来了。

5.硅单晶圆片

我们制造一个芯片，需要先将普通的硅制造成硅单晶圆片，然后再通过一系列工艺步骤将硅单晶圆片制造成芯片。下面我们就来看一下什么是硅单晶圆片。

从材料上看，硅单晶圆片的主要材料是硅，而且是单晶硅；从形状上看，它是圆形片状的。硅单晶圆片是最常用的半导体材料，它是硅到芯片制造过程中的一个状态，是为了芯片生产而制造出来的集成电路原材料。它是在超净化间里通过各种工艺流程制造出来的圆形薄片，这样的薄片必须两面近似平行且足够平整。硅单晶圆片越大,同一圆片上生产的集成电路就越多,这样既可降低成本，又能提高成品率，但材料技术和生产技术要求会更高。

如果按直径分类，硅单晶圆片可以分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格,近来又发展出12英寸甚至更大规格。最近国内最大的硅单晶圆片制造厂——中芯国际就准备在北京建设一条12英寸的晶圆生长线。

6.芯片制造

随着科学技术的飞速发展，芯片的性能越来越高，而体积却越来越小。我们在使用各种电子产品时无不叹服现代科技所创造的奇迹。而这样的奇迹，你知道是怎样被创造出来的吗？ 芯片是用地球上最普遍的元素硅制造出来的。地球上呈矿石形态的砂子，在对它进行极不寻常的加工转变之后，这种简单的元素就变成了用来制作集成电路芯片的硅片。

我们把电脑上设计出来的电路图用光照到金属薄膜上，制造出掩膜。就象灯光从门缝透过来，在地上形成光条，若光和金属薄膜能起作用而使金属薄膜在光照到的地方形成孔，那就在其表面有电路的地方形成了孔，这样就制作好了掩膜。我们再把刚制作好的掩膜盖在硅片上，当光通过掩膜照射，电路图就\印制\在硅晶片上。如果我们按照电路图使应该导电的地方连通，应该绝缘的地方断开，这样我们就在硅片上形成了所需要的电路。我们需要多个掩膜，形成上下多层连通的电路，那么就将原来的硅片制造成了芯片。所以我们说硅片是芯片制造的原材料，硅片制造是为芯片制造准备的。 7.EMS

提起EMS，大家可能会想到邮政特快专递，但我们集成电路产业里面所说的EMS是指没有自己的品牌产品，专门替品牌厂商生产的电子合约制造商，也称电子制造服务企业。那么就让我们来看一下电子合约制造商到底是干什么的。

所谓电子合约制造商，就是把别人的定单拿过来，替别人加工生产，就像是我们请钟点工回来打扫卫生、做饭一样，他们必须按照我们的要求来做事。EMS在各个方面，各个环节都有优势，从采购到生产、销售甚至在设计方面都具有自己的特色。因而它成了专门为品牌厂商生产商品的企业。EMS的优势在于它的制造成本低，反应速度快，有自己一定的设计能力和强大的物流渠道。

最近，一些国际知名的EMS电子制造商正在将他们的制造基地向中国全面转移。他们的到来当然会冲击国内做制造的企业。但是对其他企业来说可能就是个好消息，因为这些EMS必须要依靠本地的供应商提供零部件。 8.流片

在观看了电影《摩登时代》后，我们可能经常想起卓别林钮螺丝的那个镜头。大家知道影片中那种流水线一样的生产就是生产线。只是随着科学技术的发展，在现在的生产线上卓别林所演的角色已经被机器取代了。我们像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片，这就是流片。

在芯片制造过程中一般有两段时间可以叫做流片。在大规模生产芯片时，那流水线一样地生产就是其中之一。大家可能很早就已经知道了这个过程叫流片，但下面这种情况就不能尽说其详了。我们在搞设计的时候发现某个地方可以进行修改以取得更好的效果，但又怕这样的修改会给芯片带来意想不到的后果，如果根据这样一个有问题的设计大规模地制造芯片，那么损失就会很大。所以为了测试集成电路设计是否成功，必须进行流片，即从一个电路图到一块芯片，检验每一个工艺步骤是否可行，检验电路是否具备我们所要的性能和功能。如果流片成功，就可以大规模地制造芯片；反之，我们就需要找出其中的原因，并进行相应的优化设计。

9.多项目晶圆（MPW）

随着制造工艺水平的提高，在生产线上制造芯片的费用不断上涨，一次0.6微米工艺的生产费用就要20-30万元，而一次0.35微米工艺的生产费用则需要60-80万元。如果设计中存在问题，那么制造出来的所有芯片将全部报废。为了降低成本，我们采用了多项目晶圆。 所谓多项目晶圆(简称MPW)，就是将多种具有相同工艺的集成电路设计放在同一个硅圆片上、在同一生产线上生产，生产出来后，每个设计项目可以得到数十片芯片样品，这一数量足够用于设计开发阶段的实验、测试。而实验费用就由所有参加多项目晶圆的项目按照各自所占的芯片面积分摊，极大地降低了实验成本。这就很象我们都想吃巧克力，但是我们没有必要每个人都去买一盒，可以只买来一盒分着吃，然后按照各人吃了多少付钱。

多项目晶圆提高了设计效率，降低了开发成本，为设计人员提供了实践机会，并促进了集成电路设计成果转化，对IC设计人才的培训，及新产品的开发研制均有相当的促进作用。

10.晶圆代工

我们知道中芯国际是中国大陆知名的IT企业，可能也听说了这样一个消息，就是\台积电\将要来大陆投资建厂。他们所从事的工作都是晶圆代工。那现在让我们来了解一下什么是晶圆代工。

我们是熟悉加工坊的，它使用各种设备把客户送过去需要加工的小麦、水稻加工成为需要的面粉、大米等。这样就没有必要每个需要加工粮食的人都来建造加工坊。我们现在的晶圆代工厂就像是一个加工坊。晶圆代工就是向专业的集成电路设计公司或电子厂商提供专门的制造服务。这种经营模式使得集成电路设计公司不需要自己承担造价昂贵的厂房，就能生产。这就意味着，台积电等晶圆代工商将庞大的建厂风险分摊到广大的客户群以及多样化的产品上，从而集中开发更先进的制造流程。

随着半导体技术的发展，晶圆代工所需投资也越来越大，现在最普遍采用的8英寸生产线，投资建成一条就需要10亿美元。尽管如此，很多晶圆代工厂还是投进去很多资金、采购了很多设备。这足以说明晶圆代工将在不久的未来取得很大发展，占全球半导体产业的比重也将与日俱增。 11.SMT

我们经常会看到电器里有块板子，上面有很多电子器件。要是有机会看到板子的背面，你将看到正面器件的\脚\都通过板子上的孔到背面来了。现在出现了一种新兴技术，比我们刚才说的穿孔技术有更多优点。

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