一文了解芯片的制造流程

Release time：2025-09-18
author：AMEYA360
source：网络
reading：178

　　芯片，也称为集成电路，是现代电子设备的核心部件。其制造过程复杂且精密，涉及多个环节和高度先进的设备。

一文了解芯片的制造流程

　　1. 设计阶段

　　芯片制造始于设计阶段。工程师使用专门的电子设计自动化(EDA)软件，完成芯片的电路设计和逻辑布局。设计结果以版图(Layout)形式表现，确定晶体管和线路在芯片上的具体位置。

　　2. 硅片准备

　　芯片的基底是硅晶圆。硅晶圆通过高纯度硅棒切割、研磨和抛光制作而成，保持极其平整光滑，为后续工艺提供基础。

　　3. 光刻

　　光刻是制造流程中的核心步骤。具体包括：

　　涂胶：在硅片表面均匀涂布一层光刻胶(光敏材料)。

　　曝光：利用掩膜版(Mask)透过紫外光将图案投影到光刻胶上，光敏胶发生化学变化。

　　显影：显影液去除未固化的光刻胶，显露出硅片上的预定图案。

　　此步骤反复进行多次，形成复杂的电路层结构。

　　4. 蚀刻

　　蚀刻用于去除硅片上光刻胶未覆盖的部分材料，形成微细结构。蚀刻方法主要有湿法和干法(等离子蚀刻)，选择依具体工艺而定。

　　5. 离子注入

　　为了改变半导体的电学性质，会将特定的杂质离子注入硅片中，控制晶体管的导电性，实现N型或P型区域。

　　6. 薄膜沉积

　　此过程用于在硅片上沉积各种绝缘层、导电层或半导体层。方法包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等。

　　7. 抛光

　　经过多次光刻和蚀刻后，硅片表面会出现高度不平整。化学机械抛光通过机械和化学手段，平整硅片表面，确保后续工艺的精确性。

　　8. 金属互连

　　芯片中各个元件通过金属线连接形成完整电路。通常采用铝、铜等金属，通过多层沉积、光刻和蚀刻工艺实现精细连线。

　　9. 测试与切割

　　完成所有工艺后，需对硅片上的多个芯片单元进行电气测试，筛选合格产品。随后将硅片切割成独立芯片。

　　10. 封装

　　芯片切割后进入封装阶段，将芯片安装到封装基板上，封装以保护芯片并提供电气接口。常见封装形式有DIP、QFP、BGA等。

　　11. 最终测试

　　封装完成的芯片还需进行功能和性能测试，确保其符合设计规格和质量标准，之后才能出厂应用。


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AI需求引爆存储市场，Q4芯片价格飙升近20%！
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AI需求引爆存储市场，Q4芯片价格飙升近20%！

　　根据DigiTimes 9月17日发布的数据，2025年第四季度NAND和DRAM的合同价格预计上涨15-20%，淡季价格飙升与人工智能基础设施建设和供应紧张直接相关。　　《电子时报》写道：“供应短缺导致云服务提供商积极采购，高堆叠3D NAND产品几乎售罄。”并补充道：“3D NAND……吸引了CSP客户强烈的优先采购兴趣”，理由是他们希望获得更快的读取速度和更大的芯片容量。这与第四季度正常的元件价格通常会走低的模式形成了鲜明对比。　　有迹象表明供应端正在收紧。TrendForce表示，SanDisk在9月份推动NAND价格上涨约10%，而美光则在客户预测出现短缺后暂停了DRAM和NAND报价，以重新评估分配情况。该公司还指出，近线HDD存在结构性短缺，这迫使超大规模数据中心运营商加快2026年QLC SSD部署计划。　　《电子时报》(DigiTimes)进一步指出，三星2026年的下一代V9 NAND “已接近售罄”，云客户因其更高的密度和成本优势而提前锁定了产能。然而，本周另一份TrendForce简报称，三星已将V9 QLC的上市时间推迟到2026年上半年，这表明客户可能在确定的量产时间之前就预留了产能。无论如何，显而易见的是，云买家正在积极争取未来很长一段时间的供应。　　这很容易对消费价格产生连锁反应。如果超大规模厂商正在吸收更多用于企业级SSD的晶圆，而DRAM制造商则优先考虑服务器部件和HBM，那么零售价格将会失去一些弹性。TrendForce已经警告称，随着产能重新分配，传统DRAM类型仍然面临最大的压力，如果云订单继续增加，NVMe硬盘常见的冬季特价可能会比预期的要少。　　资金正在易手的一个迹象是控制器专家群联电子8月份创纪录的业绩。该公司公布的营收为59.34亿新台币，同比增长23%。与去年疲软的基数相比，这是一个巨大的增长。群联电子将这一强劲增长归因于非消费类需求以及与NAND制造商更紧密的合作，这符合数据中心主导的闪存供应紧张的大趋势。　　归根结底，多个数据点现在汇聚成一个共同的主题：人工智能正在改写云存储体系，而硬盘供应受限，闪存制造商的定价权比往年最后一个季度更强。如果您计划升级，请密切关注零售内存价格，并在出现好价时迅速行动，因为好价位可能不会持续太久。
2025-09-18 15:44 reading：183
一文了解芯片生产工艺流程
行业新闻

一文了解芯片生产工艺流程

　　在当今数字化的世界里，从智能手机、个人电脑到汽车和家用电器，几乎所有电子设备的核心都离不开一个微小而强大的部件——芯片，也称为集成电路(Integrated Circuit, IC)。它的制造过程是人类智慧和工程技术的结晶，其复杂和精确程度令人叹为观止。本文将带你走进神秘的芯片制造工厂(Fab)，了解一粒沙子是如何经历“七十二变”，最终成为驱动我们现代生活的智能核心。　　整个芯片制造流程极其复杂，可以概括为三大阶段：硅片制造、晶圆厂前道工序(Front-End-of-Line, FEOL)、晶圆厂后道工序(Back-End-of-Line, BEOL)，以及最后的封装与测试。　　第一阶段：基础构建 - 硅片制造　　万丈高楼平地起，芯片的“地基”是高纯度的硅片，也称为晶圆(Wafer)。　　1.原料提纯：芯片的起始原料是沙子(主要成分是二氧化硅 SiO₂)。沙子经过高温冶炼和化学方法，被提纯成纯度高达99.999999999%(9个9到11个9)的电子级多晶硅。这种纯度意味着每十亿个原子中，最多只允许有一个杂质原子。　　2.长晶与切割：将高纯度多晶硅放入石英坩埚中，在高温下熔化。然后，以一颗单晶硅的“籽晶”作为引导，通过精密的控制，缓慢地旋转并向上提拉，生长成一根巨大的、具有完美原子排列的圆柱形单晶硅锭(Ingot)。这个过程被称为“柴氏法”(Czochralski method)。　　3.晶圆成型：接下来，巨大的单晶硅锭被用内部涂有金刚石的线锯精确地切割成厚度不足1毫米的薄片，这就是晶圆。之后，晶圆的边缘会被打磨成圆形，并在特定位置加工出缺口(Notch)或平边(Flat)，用于在后续生产中定位。最后，晶圆片会经过化学机械抛光(CMP)，使其表面达到原子级的平整和光滑，像镜面一样。　　第二阶段：核心构建 - 前道工序　　这是在晶圆上真正“雕刻”晶体管等纳米级元器件的过程，也是技术含量最高、最复杂的部分。整个过程在一个被称为“洁净室”(Cleanroom)的环境中进行，其洁净度比医院手术室还要高出数千甚至数万倍，以防止微尘颗粒影响芯片的良率。前道工序的核心是光刻(Photolithography)，并辅以刻蚀、薄膜沉积和离子注入等步骤，循环往复，层层叠加。　　1.薄膜沉积 (Deposition)：首先，根据设计需要在晶圆表面生长或沉积一层特定的薄膜材料，例如二氧化硅(绝缘层)或氮化硅等。这可以通过热氧化(将晶圆置于高温氧气或水蒸气环境中)或化学气相沉积(CVD)等方法实现。　　2.涂胶 (Coating)：在薄膜上均匀地旋涂一层对特定波长的光敏感的化学物质——光刻胶(Photoresist)。3.光刻 (Photolithography) / 曝光 (Exposure)：这是整个芯片制造中最关键、最昂贵的步骤。它就像用投影仪和胶片“拍照”。　　4.掩膜版 (Mask/Reticle)：首先，工程师会将设计好的芯片电路图案制作成一块高精度的石英玻璃板，这就是掩膜版。　　5.曝光：然后，用极紫外光(EUV)或深紫外光(DUV)作为光源，穿过掩膜版，将电路图案精确地投射到涂有光刻胶的晶圆表面。被光照射到的光刻胶会发生化学性质的改变。　　6.显影 (Development)：用特定的化学溶剂清洗晶圆，被光(或未被光，取决于光刻胶是正性还是负性)照射过的光刻胶被溶解和去除，这样，掩膜版上的电路图案就“复印”到了光刻胶层上。　　7.刻蚀 (Etching)：刻蚀就像是“雕刻”。以留下的光刻胶图案为保护层，使用化学气体(等离子体刻蚀)或液体(湿法刻蚀)剥离掉没有被光刻胶覆盖的薄膜区域，从而将电路图案永久地刻在下方的薄膜上。　　8.去除光刻胶：完成刻蚀后，用化学方法剥离掉剩余的光刻胶，晶圆上就留下了所需的第一层电路图案。　　9.离子注入 (Ion Implantation)：为了改变特定区域硅的导电性能(形成N型或P型半导体)，需要将预先选定的杂质原子(如硼、磷)加速到极高的能量，像子弹一样注入到晶圆的特定区域。这一步是制造晶体管“源极”和“漏极”的关键。上述“沉积-涂胶-曝光-显影-刻蚀-注入”的流程会重复几十甚至上百次，每一次都制作一层新的电路图案，层层叠加，最终在晶圆上构建出包含数十亿个晶体管的复杂三维结构。　　第三阶段：互联构建 - 后道工序　　如果说前道工序是在“盖房子”，那么后道工序就是在“铺设房子的水电管网和通信线路”。它负责制造金属导线，将前道工序中制作出的亿万个晶体管按照电路设计图连接起来，形成一个完整的电路网络。　　1.金属互连 (Metallization)：这个过程通常采用“铜制程”(Copper Interconnect)。首先在晶圆表面沉积一层绝缘介质(通常是低k电介质，以减少信号延迟)，然后通过光刻和刻蚀在介质上刻出沟槽(Trench)和通孔(Via)。　　2.电镀铜：接着，使用电化学沉积(ECD)的方法，将铜原子填充到这些沟槽和通孔中。　　3.化学机械抛光 (CMP)：最后，再次使用CMP技术，将晶圆表面多余的铜磨平，只留下嵌入在绝缘介质中的铜导线。　　这个过程同样需要重复多层，形成一个极其复杂的多层金属互连网络，确保信号可以在不同晶体管之间高速、准确地传输。　　第四阶段：封装与测试　　经过数百道工序后，一张晶圆上已经制造出了数百个完全相同的芯片单元，称为“裸片”(Die)。　　1.晶圆测试 (Wafer Probing)：在将晶圆切割成单个芯片之前，会用带有数千根探针的测试机对每个裸片进行电学性能测试，筛选出不合格的产品。　　2.切割 (Dicing)：用精密的金刚石刀轮沿着预设的切割道将晶圆切割成独立的裸片。　　3.封装 (Packaging)：合格的裸片非常脆弱，无法直接焊接到电路板上。封装过程就是为裸片制作一个保护性的外壳，并引出管脚，以便与外部电路连接。　　4.贴片 (Die Attach)：将裸片固定到封装基板(Substrate)上。　　5.引线键合 (Wire Bonding)：用极细的金线或铜线，将裸片上的焊点(Pad)与封装基板上的引脚连接起来。更先进的技术如倒装芯片(Flip-chip)则通过微小的焊球(Bumps)直接连接。　　6.塑封 (Molding)：用环氧树脂将整个结构包裹起来，形成我们最终看到的黑色芯片外观。　　7.最终测试 (Final Test)：封装完成后，会对芯片进行全面的功能、性能和可靠性测试，确保其在各种工作条件下(如不同温度、电压)都能正常工作。只有通过所有测试的芯片，才会被打上型号和批次，送往电子产品制造商手中。　　从平凡的沙子到驱动信息时代的强大引擎，芯片的诞生是一段漫长而精密的旅程。它融合了物理、化学、光学、材料科学和精密机械等多个领域的顶尖技术。每一个环节的精度都以纳米(十亿分之一米)来衡量，任何一个微小的瑕疵都可能导致整个芯片的报废。正是这种对极致精密的追求，才使得人类能够不断突破计算能力的极限，创造出更加智能和便捷的未来。
2025-09-04 17:17 reading：423
全球首款！中国科学家成功研制出这一芯片
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全球首款！中国科学家成功研制出这一芯片

　　近日，北京大学王兴军教授—舒浩文研究员和香港城市大学王骋教授联合团队于《自然》在线发表科研成果——在国际上研制出首款基于光电融合集成技术的自适应全频段高速无线通信芯片，为6G通信技术实用化奠定了颠覆性的硬件基础。　　研究团队提出了“通用型光电融合无线收发引擎”的概念，基于先进的薄膜铌酸锂光子材料平台，成功研制出超宽带光电融合集成芯片，实现了超过110 GHz覆盖范围的自适应可重构高速无线通信。　　据“北京大学介绍”，这种芯片在11 mm × 1.7 mm的微小功能区域内，对宽带无线-光信号转换、可调谐低噪声载波或本振源产生以及数字基带调制等完整无线信号处理功能进行了集成，实现了系统级的高度集成。　　团队进一步基于该核心芯片提出了高性能光学微环谐振器的集成光电振荡器(OEO)架构。该架构通过高精度微环的频率精确选择振荡模式，从而产生在超宽带范围内任意频点的低噪声载波与本振信号。　　相比传统基于倍频器的电子学方案，OEO系统首次实现了0.5 GHz至115 GHz中心频率的实时、灵活、快速重构能力。其跨越近8个倍频程的低噪声信号调谐性能，是迄今为止任何其他平台或技术方案均无法企及的突破。这一方案同时从原理上规避了传统倍频链因噪声累积而导致高频段相位噪声急剧恶化的问题，从而彻底克服了以往系统在带宽、噪声性能与可重构性之间难以兼顾的根本挑战。　　团队的实验验证表明，该系统可实现>120 Gbps的超高速无线传输速率，满足6G通信的峰值速率要求。尤为关键的是，得益于光电融合集成芯片的超宽带特性，端到端无线通信链路在全频段内展现出卓越的性能一致性，且高频段性能未见劣化。这一突破性成果为6G通信高效开发太赫兹及乃至更高频段的频谱资源扫清了关键障碍。　　王兴军认为，该芯片将为“AI原生网络”奠定硬件基础，它可通过内置算法动态调整通信参数，应对复杂电磁环境，也可使未来的基站和车载设备在传输数据时精准感知周围环境，拉动宽频带天线、光电集成模块等关键部件升级，带来从材料、器件到整机、网络的全链条变革。
2025-09-03 13:57 reading：388
常见芯片失效原因—EOS/ESD介绍
行业新闻

常见芯片失效原因—EOS/ESD介绍

　　在半导体制造领域，电气过应力(EOS)和静电放电(ESD)是导致芯片失效的两大主要因素，约占现场失效器件总数的50%。它们不仅直接造成器件损坏，还会引发长期性能衰退和可靠性问题，对生产效率与产品质量构成严重威胁。　　关于ESD　　ESD(Electrostatic Discharge) 即静电放电，指物体因接触摩擦积累电荷后，与导体接近或接触时发生的瞬间电子转移现象。放电电压可达数千伏，能直接击穿敏感的半导体结构。　　其产生方式主要包括：人体放电模型(HBM)——人体静电经芯片引脚放电;机器放电模型(MM)——自动化设备累积静电传导至芯片;元件充电模型(CDM)——带电芯片引脚接触接地体时内部电荷释放;电场感应模型(FIM)——外部电场变化引发芯片内部电荷重分布。　　ESD的危害呈现多重性：一是直接造成晶体管击穿、金属连线断裂等物理损坏;二是引发阈值电压漂移等参数退化，导致性能不稳定;三是形成微观损伤，降低器件长期可靠性;四是导致数据丢失或误操作，威胁系统安全。其隐蔽性和随机性进一步增加了防控难度。　　关于ESD的防护需采取综合措施：　　耗散：使用表面电阻为10⁵–10¹¹Ω的防静电台垫、地板等材料;　　泄放：通过接地导线、防静电手环/服装/鞋实现人员与设备接地;　　中和：在难以接地的区域采用离子风机中和电荷;　　屏蔽：利用法拉第笼原理对静电源或产品进行主动/被动屏蔽;　　增湿：提高环境湿度作为辅助手段;　　电路设计：在敏感元器件集成防静电电路，但需注意其防护能力存在上限。　　关于EOS　　EOS(Electrical Over Stress) 指芯片承受的电压或电流超过其耐受极限，通常由持续数微秒至数秒的过载引发。　　主要诱因包括：电源电压瞬变(如浪涌、纹波)、测试程序热切换导致的瞬态电流、雷电耦合、电磁干扰(EMI)、接地点反跳(接地不足引发高压)、测试设计缺陷(如上电时序错误)及其他设备脉冲干扰。　　EOS的失效特征以热损伤为主：过载电流在局部产生高热，导致金属连线大面积熔融、封装体碳化焦糊，甚至金/铜键合线烧毁。即使未造成物理破坏，也可能因热效应诱发材料特性衰退，表现为参数漂移或功能异常。更严重的是，EOS损伤会显著降低芯片的长期可靠性，增加后期故障率。　　EOS防护的核心是限制能量注入：　　阻容抑制：串联电阻限制进入芯片的能量;　　TVS二极管：并联瞬态电压抑制器疏导过压能量，建议搭配电阻使用以分担浪涌冲击;　　材料防护：采用静电屏蔽包装和抗静电材料;　　工作环境：使用防脉冲干扰的安全工作台，定期检查无静电材料污染;　　设计加固：优化芯片耐压结构及布局走线，减少电磁干扰影响。　　芯片级保护器　　为应对ESD/EOS威胁，需在电路中增设专用保护器件：　　ESD保护器：吸收并分散静电放电的高能量，防止瞬时高压脉冲损伤核心芯片，作用类似"防护罩"。　　EOS保护器：限制过电压幅值，通过疏导能量充当"安全阀"，避免持续过应力导致热积累。　　不同应用场景对保护器参数要求各异：　　汽车领域：需耐受-55℃~150℃极端温度、36V高电压及300A浪涌电流，符合AEC-Q101认证;　　工业与物联网：要求-40℃~85℃工作范围及±15kV ESD防护能力，通过JEDEC标准;　　消费电子：侧重低结电容(0.1pF~2000pF)和±8kV ESD防护，适应2.5V~30V电压环境。　　保护器通常置于信号线/电源线与核心IC之间，确保过电压在到达敏感元件前被拦截，显著提升系统鲁棒性。　　失效分析与防控策略　　区分ESD与EOS失效是诊断的关键：ESD因纳秒级高压放电，多表现为衬底击穿、多晶硅熔融等点状损伤;而EOS因持续热效应，常引发氧化层/金属层大面积熔融或封装碳化。但短脉冲EOS与ESD损伤形态相似，且ESD可能诱发后续EOS，此时需通过模拟测试复现失效：对芯片施加HBM/MM/CDM模型(ESD)或毫秒级过电应力(EOS)，对比实际失效特征以确定根源。　　产线改良需针对性施策：　　加强ESD防护：检查人员接地设备、工作台防静电材料有效性，控制环境湿度;　　抑制电气干扰：为电源增加过压保护及噪声滤波装置，避免热插拔操作;　　优化接地设计：杜绝接地点反跳(电流转换引发高压);　　规范操作流程：严格执行上电时序，隔离外部脉冲干扰源。
2025-08-20 14:02 reading：453
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