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芯片生产流程详解-半导体净化工程公司

2022-04-30
共有1881家企业看过
      芯片是众多高技术产业的基石,芯片技术是世界主要大国竞争Z激烈的领域。既然那么重要,那么芯片是如何生产出来的呢?

      完整芯片生产流程包括:芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。



      一、芯片设计

      1、芯片的HDL设计

      芯片构架的设计一般是通过专门的硬件设计语言HardwareDescriptionLanguages(HDL)来完成,所谓硬件设计语言(HDL),是一种用来描述硬件工作过程的语言。现在被使用的比较多的有Verilog、VHDL。这些语言写成的代码能够用专门的合成器生成逻辑门电路的连线表和布局图,这些都是将来发给芯片代工厂的主要生产依据。

      2、芯片设计的debug

      这个设计阶段对于任何芯片生产公司来说都是举足轻重的一步,因为如果芯片设计在投片生产出来以后验证出并不能像设计的那样正常工作,那就不仅意味着重新设计。整个验证工作分为好几个过程,基本功能测试验证芯片内的所有的门电路能正常工作,工作量模拟测SY来证实门电路组合能达到的性能。当然,这时候还没有真正物理意义上真正的芯片存在,这些所有的测试依旧是通过HDL编成的程序模拟出来的。

      3、芯片设计的分析

      接下来的验证工作开始进行分支的并行运作,一个团队负责芯片电路的静态时序分析,保证成品芯片能够达到设计的主频;另外一个主要由模拟电路工程师组成的团队进行关于储存电路,供电电路的分析修改。和数字电路的修正工作相比,模拟工程师们的工作要辛苦的多,他们要进行大量的复数,微分方程计算和信号分析,即便是借助计算机和专门的软件也是一件很头疼的事情。同样,这时候的多有测试和验证工作都是在模拟的状态下进行的,Z终,当上述所有的工作完成后,一份由综合软件生成的用来投片生产门电路级别的连线表和电路图就完成了。

      4、FPGA验证

      对于集成一亿多个晶体管超级复杂芯片,在整个使用硬件设计语言(HDL)设计和模拟测试的过程中,要反复运行描述整个芯片的数十亿条的指令和进行真正“海量”的数据储存,因此对执行相关任务的的硬件有着近乎变态的考验。因此,设计图形芯片者不会立即把这个方案交付厂家,因为它还要接受Z后一个考验,那就是我们通常所说的FPGA(FieldProgrammableGateArray)现场可编程门阵列来对设计进行的Z终功能进行验证。



      二、芯片制造

      有了设计好的“蓝图”,就可以开始芯片生产流程中的制造过程了。

      1、硅纯化制作晶圆

      通过相关的工艺将沙子提纯,然后经过一系列程序得到硅单质,Z后制成纯度很高的硅晶棒。硅晶棒是制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体需要的晶圆。硅晶圆是芯片生产的基板,通过机械的方法将硅锭切割成一片片很薄的硅圆,方便后续集成电路芯片的刻蚀。

      2、晶圆涂膜

      晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种,

      3、晶圆光刻显影、蚀刻

      该过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蚀剂,使得其遇紫外光就会溶解。这是可以用上diyi份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了,而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

      4、搀加杂质

      该过程是将晶圆中植入离子,生成相应的P、N类半导体。

      具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层,但复杂的芯片通常有很多层,这时候将这yi流程不断的重复,不同层可通过开启窗口联接起来。这一点类似所层PCB板的制作制作原理。更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立体的结构。

      5、晶圆测试

      经过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。

      6、芯片封装

      将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

      7、测试、包装

      经过上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

      三、芯片功能验证

      完成上面所有流程后,芯片就已经制造完成,芯片生产流程接下来就是芯片的功能验证。通常需要将芯片贴到PCB上,逐步验证每一个功能是否正常。


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