芯片制造 | 沙子变成芯片之前经历了什么？

2021-11-24 09:13

作者｜中远亚电子

你知道沙子是怎么变成芯片的吗？

沙子在变成芯片之前，需要先经历1000多摄氏度的高温千锤百炼。

接着，高温对沙子进行提纯，获得单晶硅锭且纯度不低于99．9999％。然后，再对提纯后的单晶硅锭进行研磨、抛光、清洗，切割成不足一毫米的晶圆。

半导体使用的单晶硅片在9N（99．9999999％）－11N（99．999999999％）左右，即纯度要求最低是光伏单晶硅片的1000倍。

为了适应各式各样的芯片要求，硅片结构上还出现了多种形态。大致为以下三种——

接着，硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆；而晶圆再通过光刻的技术，雕刻出多达几十亿个晶体管和线路。单晶硅除了用在芯片外，还能用于太阳能电池。目前，我国已成为全球最大的单晶硅生产国，我国单晶硅片产能占全球比例为97．6％。

而晶圆在进行光刻之前，需要先涂抹光刻胶；让紫外线透过印有线路的掩膜，照射硅晶圆刻出电路图，并通过药液和超声波振动，将放置刻蚀槽中的晶圆凯刻出细至5－6纳米的沟，这过程需要不断重复多达几十遍。紧接着，再进行清除，溶解，蚀刻完成，露出一个个光刻后的凹槽；后续再经历掺杂，晶圆切片，封装，包装，成品测试。

最终，一颗经历千锤百炼的芯片就这样出炉了。

芯片制造过程——光刻机的作用

在芯片制造各个环节中，光刻是芯片制作最为艰难的一步。其难点在于光刻机的性能，它决定了芯片制作的成率以及性能。

可以说，光刻机是制造芯片的核心装备，这种可以一个接一个把所有图案都投射到晶圆上，误差还保持在几十分之一微米的范围内的神奇设备，早在20世纪70年代就已经存在。而针对光刻机的研究，则在60年代就已开始。

光刻机的迭代，从接触式掩模光刻机、步进式扫描光刻机，到电子束曝光，电子束直写机——EUV光刻机的出现。在光刻机这个战场上，自始至终只有三个玩家能持续走下去，那就是荷兰的ASML、日本的尼康和佳能。

目前，我国正面临美国全面封锁禁止芯片自主的局面。中国虽然已研制出属于自己的SMEE光刻机——上海微电子，但目前只能实现90nm工艺制程，与ASML的7nm的制程差距不小。

值得肯定的是，我国已经走在了从无到有的道路上！屏幕前的你认为我国能突破封锁，实现光刻机自由吗？相信能的，可以在上面的视频发弹幕或者评论，分享你的观点。

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