同花顺财经|何以成为必争之地：集成电路制造浅析
【CPS】近期 ， 外媒路透社报道 ， 台积电计划前往美国亚利桑那州投资120亿美元建立芯片厂 ， 届时将创造超过1600个就业机会 ， 资金将在2021年至2029年陆续到位 。
亚利桑那州工厂的建设将在2021年开展 ， 若顺利可于2024年生产被应用于高端防御系统以及通讯设备的5nm芯片 。 该工厂每个月将加工20000个以上的晶圆片 ， 每个晶圆片会包括上千个独立芯片 。
随着台积电赴美建厂事件闹得沸沸扬扬 ， 集成电路再次进入了大众的视野 ， 而集成电路产业链中的重要环节――集成电路制造产业 ， 在中美贸易摩擦过程中显得尤为关键 。
如今 ， 芯片制程工艺不断提升 ， 芯片中可以有多达百亿个晶体管 。
而如此之多的晶体管 ， 究竟是如何被安置在芯片上的 ， 正是集成电路制造业之所以高端的原因 。
其整个制造过程 ， 牵扯到大量的基础科学、资金、技术、高端设备 ， 因此非常复杂 。 同时作为硬件基础 ， 集成电路性能对于人工智能、物联网、计算机、通讯、汽车、航天等多个领域的发展尤为重要 。
集成电路结构
下图为一张芯片照片 ， 非常清晰的展示了芯片内部的层状结构 。
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集成电路在芯片内部采用的是层级排列方式 。 越往下线宽越窄 ， 同时越靠近器件层 。 其中最下层为器件层 ， 即是晶体管（MOSFET） 。
芯片中的晶体管不仅仅只有MOS管 ， 还有三栅极晶体管等 ， 这些晶体管不是安装在芯片上的 ， 而是在芯片制造的时刻上去的 。
集成电路设计
在进行芯片设计的时候 ， 芯片设计人员会利用EDA工具 ， 对芯片进行布局规划 ， 然后走线、布线 。
下图为集成电路设计软件中的版图设计界面 ， 白色的点就是衬底,还有一些绿色的边框为掺杂层 。
集成电路制造企业――晶圆代工厂 ， 就是根据芯片设计师设计好的物理版图进行芯片制造的 。
集成电路制造
芯片制造过程共分为七大生产步骤 ， 分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化 ， 其中光刻和刻蚀是最为核心的两个步骤 。
光刻就是把芯片制作所需要的线路与功能区做出来 。 利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光 ， 光刻胶见光后会发生性质变化 ， 从而使光罩上得图形复印到薄片上 ， 使得薄片具有电子线路图的作用 。
光刻的作用 ， 类似照相机照相原理 。 照相机拍摄的照片印在底片上 ， 而光刻将电路图和其他电子元件印至晶圆薄片上 。
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刻蚀是使用化学或者物理方法 ， 有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程 。
通常的晶圆加工流程中 ， 刻蚀工艺位于光刻工艺之后 ， 有图形的光刻胶层在刻蚀中不会受到腐蚀源的显著侵蚀 ， 从而完成图形转移的工艺步骤 。 因此刻蚀环节是复制掩膜图案的关键步骤.
其制造步骤可以简单地演示如下：
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在涂满光刻胶的晶圆（硅片）上盖上事先做好的光刻板 ， 然后用紫外线隔着光刻板对晶圆进行一定时间的照射 。 利用紫外线使部分光刻胶变质 ， 易于腐蚀 。
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溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉 ， 清除后留下的图案和掩模上的一致 。
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【同花顺财经|何以成为必争之地：集成电路制造浅析】刻蚀：用腐蚀液将变质的那部分光刻胶腐蚀掉 ， 晶圆表面就显出半导体器件及其连接的图形 。 然后用另一种腐蚀液对晶圆腐蚀 ， 形成半导体器件及其电路 。
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