李紅　趙宇昕

摘要：硅材料產(chǎn)業(yè)是信息技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展的一項基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。硅材料本身并不神奇，源于沙子，但它是通過一定的高精尖技術(shù)手段加工成的芯片在當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了不可估量的重大作用。本文即簡要介紹芯片的制作技術(shù)與工藝。

關(guān)鍵詞：芯片；晶圓；硅

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）22-0134-02

Abstract： silicon material industry is a basic industry in the development of information technology. Silicon material itself is not magic， source in the sand， but it is through a sophisticated technical means of processing chip in the field of information technology has a immeasurable role. In this paper， the production technology and technology of the chip are briefly introduced.

Key words： chip； wafer； silicon

點石成金，點沙成芯，說的是從現(xiàn)實生活中的原材料演繹高價值物品的神話。現(xiàn)在電子產(chǎn)口充斥著世界的每一個角落，每一個網(wǎng)民都可以在網(wǎng)絡(luò)上縱橫馳騁，那為什么電子產(chǎn)品如此智能？各部件間又是如何建立起來的傳導(dǎo)神經(jīng)與控制驅(qū)動系統(tǒng)的呢？這要歸功于芯片，當(dāng)然芯片已經(jīng)成為婦孺皆知的具有神奇功能的產(chǎn)品。

如果談及芯片的原材料，大家輕而易舉地會想到是硅。那這些硅又從何而來呢？是來源于不起眼的漫天遍野存在的沙子。如何從沙子到高純硅，這需要一個復(fù)雜而有序的提純過程。但是，不是隨意掘取到的沙子，就可以做來原始材料的，而需要挑選，從中選取最純凈的硅原料才可以。

點沙成芯，但不完成是硅，還需要摻融一些金屬元素，其實也是利用本征半導(dǎo)體的特性，摻入微量雜質(zhì)離子后，讓其導(dǎo)電能力可以增加幾十萬甚至幾百萬倍，二極管三極管就是利用這種特性制成的。以前制造芯片，用銅較多，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰，鋁已經(jīng)成為制作芯片的金屬元素參與者。下面來講解一下制造芯片的工藝過程。

1 先要進行提純從而制作出晶圓

首先要從沙子中提純二氧化硅，再進一步提純，把晶圓提純?yōu)榧兌冗_99.99%以上的硅晶體，如圖1所示：

2 制作切片

經(jīng)過提純、拉晶等復(fù)雜的操作工序后已經(jīng)成為上圖所示的高純度的晶圓棒。平時我們見的芯片，多為薄薄的黑色的片狀結(jié)構(gòu)，這就需要對晶圓棒進行切割，切割后的晶圓片光滑無瑕。切割前后效果如圖2所示。

3 為晶圓片燒寫電路

通過第二步，生成的晶圓片，就是芯片的母基，一枚枚芯片就在這基礎(chǔ)上生成的，也就是邏輯電路要燒寫在它們上面。這個邏輯電路的生成過程與照相工序類似，都是將影像顯示在底片上，對半導(dǎo)體器件而言，就是一個縮微的電路圖。下面詳解操作步驟：

1）進行光罩

將“光罩”放在芯片母基表面，工程師會操作光刻機，對一于不同規(guī)格需求的芯片，照射的紫外線的波長不同。根據(jù)需要，利用規(guī)定波長的紫外線照射芯片母基。在“光罩”過程中，有鉻膜的地方，光線會被阻擋，沒有鉻膜的地方，會照射到芯片母基上，形成了邏輯電路的雛形，這個過程相當(dāng)于照相過程的“顯影”。

2）芯片蝕刻

芯片母基經(jīng)過“顯影”后，下一步就是進行蝕刻，主要任務(wù)是將母基上不需要的地方去掉，形成可以容納導(dǎo)線的凹槽。當(dāng)時，多數(shù)廠家采用電子束垂直轟擊的方式進行。

3）連接線路

通過蝕刻后，在母基上已經(jīng)形成了可以走線的凹槽，實際的邏輯電路圖樣已經(jīng)固化到母基上，下一步通過離子植入和金屬濺鍍，可以構(gòu)建出可互相導(dǎo)電的電路，由此也就完成了芯片的關(guān)鍵步驟制作步驟。

4 封裝

芯片線路嵌入好后，被稱作裸片，這樣到顧客手里是不安全的。那么就需要對芯片加上一層保護外衣，一是保護芯片的線路案例，二是建立信號引腳，使得用戶在使用時知道如何與主板進行通信。

芯片的封裝，有兩點需要解釋：一是從引腳封裝與觸點封裝，二是從桌面芯片面積到移動型芯片面積封裝。

1）從引腳封裝到觸點封裝

首先要為芯片找一個帶有觸點或引腳的外殼，然后將芯片的信號接觸點用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳或觸點上，外殼上的這些引腳或觸點再通過PCB板上的導(dǎo)線與其他元器件建立線路連接，從而實現(xiàn)了芯上引腳與外部電路的連接。

2）從桌面芯片面積到移動型芯片面積

封裝面積與芯片面積的比值，是封裝芯片中重點考慮的一個因素。大多數(shù)情況下，為了考慮對芯片整體性能影響最小，比值往往設(shè)置為1：1，這樣引腳盡量短，信號傳輸時時間延遲小，保證干擾小，性能優(yōu)。封裝好的芯片，如圖3所示。

在實際操作過程中，芯片生產(chǎn)廠家會根據(jù)不同的需求選用不同的封裝方法。但是在封裝尺寸上，一般情況下，桌面芯片因為經(jīng)常要拆換，總是比移動型芯片要大一些，芯片表面也會加裝了具有保護的金屬層，要嚴(yán)加保護。移動芯片尺寸一般要小些，很少加裝金屬外殼，多數(shù)位于電子產(chǎn)品內(nèi)部，如筆記本內(nèi)部，手機內(nèi)部，非專業(yè)維修人員，很少人去觸碰，保護級別會低一些。

5 測試

芯片最終的一步，就是封裝后的芯片測試。在最初測試中，那些檢測不合格的芯片將被丟棄，芯片測試過程在這里不再詳解了。

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