<ul id="cqywy"></ul>

<del id="cqywy"></del>

<tfoot id="cqywy"></tfoot>

<ul id="cqywy"></ul>

【原】被大家廣泛關注的芯片是怎么生產的？芯片生產工藝流程揭秘

創業者李孟 2025-09-03 發布于陜西

展開全文

芯片生產工藝流程

芯片制造堪稱當今科技領域最為復雜的工業流程之一，其涉及數百道精密工序。從普通的沙子到高性能芯片的華麗蛻變，宛如現代版的“點石成金術”。結合截至2025年的當前技術發展情況來聊聊！

第一階段、從硅砂到晶圓的制造，這也是芯片的基礎“地基”打造階段

首先是硅料提純環節。沙子的主要成分是二氧化硅，其經過高溫還原以及多次凈化處理后，能夠得到電子級高純硅，該硅的純度可達99.9999999%以上。隨后，晶硅于單晶爐之中，借助直拉法（Czochralski法）形成圓柱形單晶硅錠。在此過程中，需要對溫度、旋轉速度以及提拉速度進行精準控制。

緊接著是晶圓切片與拋光工序。硅錠兩端被切除之后，使用金剛石線鋸將其切割成厚度在0.2 - 0.8毫米的薄片，這些薄片即為晶圓。晶圓的直徑常見規格為8英寸（200毫米）或12英寸（300毫米），更大尺寸的晶圓有助于降低單芯片的制造成本。之后就是對晶圓表面進行研磨以及化學蝕刻處理，以去除損傷層。隨后，利用拋光液使晶圓表面達到納米級的光潔度，從而確保后續電路制造的精度。

表：晶圓尺寸演進與技術意義


直徑	技術節點	優勢	應用現狀
8英寸	90nm以上	成本低，工藝成熟	成熟制程器件
12英寸	7nm~3nm	集成度高，成本效益優	主流先進制程
18英寸	研發中	理論產能提升30%	實驗室階段

第二階段、芯片前端制造（FEOL），通過納米級工藝進行電路的“雕刻”

在晶圓上造晶體管這些元件可是關鍵步驟，得把光刻、刻蝕、沉積這一套流程循環個幾十次呢：

薄膜沉積作為集成電路制造中的一項關鍵工藝，通過化學氣相沉積（CVD）或物理氣相沉積（PVD）的方法，于晶圓表面沉積生長導體（如銅）、絕緣體（如二氧化硅）或半導體（如多晶硅）薄膜。化學氣相沉積（CVD）憑借化學反應在晶圓表面形成薄膜，具備出色的臺階覆蓋能力，能夠較為均勻地覆蓋晶圓表面的復雜形貌。而物理氣相沉積（PVD）主要依靠物理過程實現薄膜沉積，其顯著優勢在于所需的工藝溫度相對較低，有助于減少高溫對晶圓及已形成結構可能產生的不良影響。

進入光刻環節，此環節主要用于實現電路圖案的轉印。具體步驟如下：

1、涂膠：將晶圓進行旋轉，同時涂抹光敏光刻膠，要求光刻膠的厚度均勻度達到納米級別。

2、曝光：利用光刻機發射深紫外（DUV）或極紫外（EUV，波長為13.5納米）光線，光線透過掩模版，將電路圖案縮印至光刻膠上。極紫外（EUV）技術是實現7納米以下制程的關鍵技術。

3、顯影：經過曝光區域的光刻膠會發生溶解，從而使待刻蝕區域得以露出。

隨后進入刻蝕與離子注入工序。其中，干法刻蝕是利用等離子體對暴露區域進行轟擊，以此形成三維（3D）電路結構，其刻蝕精度可達到納米級別。而離子注入則是向硅材料中注入硼、磷等雜質元素，從而形成P型或N型半導體，為構建晶體管奠定基礎。

化學機械拋光（CMP）是集成電路制造過程中的重要步驟，此工藝通過化學作用與機械研磨相結合的方式，將晶圓表面多余的材料予以移除，同時使晶圓表面達到高度平整的狀態，從而為后續下一層電路的制造做好準備。

第三階段、芯片后端工藝（BEOL）：主要涵蓋封裝與測試兩個關鍵環節。

在芯片制造流程中，晶圓測試與切割是至關重要的環節，具體包含以下步驟：

針測（CP測試）：通過探針卡與晶粒電極進行精準接觸，對晶圓上的各個芯片進行電氣性能檢測，從而篩選出存在性能缺陷的不良芯片。

切割：運用劃片機將經過測試的晶圓進行精確分割，使之成為單個獨立的晶粒（Die），以便后續進行封裝等工序。

在芯片制造的封裝階段，主要包含封裝成型貼片、鍵合以及封裝等關鍵步驟；

封裝成型貼片：將晶粒精準固定至基板，基板類型包括引線框或印刷電路板（PCB），為后續的電氣連接和物理支撐奠定基礎。

鍵合：采用兩種常見的連接技術來實現芯片與基板引腳之間的電氣連接。其一為引線鍵合，運用金線或銅線進行連接；其二為倒裝芯片（Flip - Chip）技術，該技術憑借芯片表面的凸點與基板直接連接，具有更短的電氣連接路徑，可提升電氣性能。

封裝：使用環氧樹脂模塑或陶瓷外殼對芯片進行密封處理，此舉不僅能為芯片提供必要的物理保護，防止其受到外界環境的物理損傷和化學侵蝕，還能有效輔助芯片散熱，確保芯片在穩定的溫度環境下工作。

隨著技術的不斷發展，先進封裝技術應運而生，如三維集成電路（3D IC）和硅通孔（TSV）技術。這些先進封裝技術能夠顯著提升芯片的集成度，使芯片在更小的空間內實現更多的功能，從而滿足日益增長的高性能、小型化的市場需求。

終測（FT測試）作為芯片制造流程中的關鍵質量把控環節，發揮著至關重要的作用。在這一測試過程中，測試機嚴格模擬芯片的實際工作條件，對芯片的各項性能指標，諸如性能表現、功耗情況以及可靠性等進行全面且細致的驗證。

通過精準的數據采集與分析，能夠清晰地判斷芯片是否符合既定的質量標準。對于在終測過程中被判定為不合格的芯片，將嚴格按照質量管控流程予以直接剔除，以確保最終交付的芯片產品具備高質量和高可靠性。

表：核心工藝對比與挑戰

工藝	關鍵設備/材料	技術難點
光刻	EUV光刻機（ASML主導）	光源功率、掩模缺陷控制
刻蝕	等離子刻蝕機（Lam主導）	各向異性刻蝕，多層材料兼容性
薄膜沉積	CVD/PVD設備	厚度均一性，低溫工藝需求
先進封裝	TSV、扇出型封裝	熱應力管理，信號完整性

附.為什么芯片制造如此艱難？

第一方面因素、技術壁壘

設備依賴：光刻機等關鍵設備在半導體制造流程中不可或缺，但其單價高昂，超過1億美元。以極紫外光刻機（EUV光刻機）為例，它在先進芯片制造中具有不可替代的地位，然而目前全球范圍內僅有荷蘭阿斯麥公司（ASML）具備生產能力。這種高度集中的生產格局使得半導體產業在很大程度上依賴于單一供應商，對產業供應鏈的穩定性構成了一定挑戰。

環境要求：半導體制造對生產環境有著極為嚴格的要求。生產車間的潔凈度需達到ISO 1級標準，即每立方米空氣中的微粒數量不超過10顆。此外，車間內的溫濕度控制也必須極為精準，溫濕度的波動幅度需小于0.1°C。如此嚴苛的環境要求旨在確保芯片制造過程的穩定性和產品質量，減少因環境因素導致的生產缺陷。

第二方面因素、產業鏈復雜度

在半導體行業中，設計、制造與封測環節分工高度精細化。其中設計環節主要依托電子設計自動化（EDA）軟件來完成；制造環節由專業的晶圓廠負責；封測環節則專注于芯片的封裝與測試。這種精細的分工模式并非局限于單一的國家或地區，而是跨越了多個國家和地區，形成了全球化的產業協作格局。各個地區憑借自身的技術優勢、人才資源和產業基礎，在半導體產業鏈中承擔著不同的角色，共同推動著半導體產業的發展。

在這一行里，對材料的純度要求那可是高得離譜。就拿光刻膠來說吧，目前基本上只能從日本的JSR公司進貨，人家在這方面處于壟斷地位，咱想買光刻膠，就只能找他們。

第三方面因素、成本與周期

在半導體芯片制造領域，3nm芯片的研發制造呈現出極高的成本投入特征。其中，3nm芯片的設計環節成本高昂，其設計成本已超過5億美元。而流片作為芯片從設計到量產的關鍵驗證環節，3nm芯片的流片費用約達3億美元。如此巨大的資金投入，無疑對相關企業的資金實力、技術研發能力以及市場風險承受能力等方面提出了極為嚴峻的挑戰。

在半導體芯片的研發與生產進程中，從最初的設計階段直至實現大規模量產，通常需要歷經12至18個月的周期。這一過程涉及眾多復雜的技術環節和嚴格的質量把控，充滿了不確定性與挑戰。一旦在設計、制造、測試等任何一個關鍵環節出現重大失誤或未能達到預期目標，導致項目失敗，對于參與其中的企業而言，極有可能帶來災難性的后果，甚至會使企業面臨破產的嚴峻局面。

芯片制造流程

所以芯片制造是跨越材料科學、光學、精密機械等多學科的巔峰之作：從沙礫到晶圓的蛻變是基礎，納米級光刻與刻蝕是核心，而封裝測試保障了最終可靠性。當前工藝已逼近物理極限（如1nm節點），未來或依賴新材料（石墨烯、碳納米管）、新結構（GAA晶體管）及量子芯片實現突破。掌握這一流程，便能理解為何芯片被稱為“現代工業的糧食”，也是大國科技競爭的戰略高地。對此大家是怎么看的，歡迎關注我“創業者李孟”和我一起交流！