刻蚀机编程语言

1. 芯片到底是怎么做出来的？

芯片到底是怎么做出来的？

一颗芯片被制造出来，包括设计、加工，封装测试几个环节。

普通人觉得芯片很神秘。其实它的神秘在于晶体管集成电路太小，肉眼看不见。给人一种神秘之感。芯片的难点主要在于技术进步，晶体管越来越小，这样效率更高、运算能力更强、更省电、更轻便。

如果把集成电路放大，放到光学显微镜下，是这样的：

再放大，放到电子显微镜下，是这样的：

像不像这个？

制作的原理是一样的，主要是精度差别太大。木工是毫米级别精度，芯片是纳米级别的精度。其次是材料不同，木工在木头上刻凿，芯片是在高纯度的硅片上刻凿。

文/小伊评科技

芯片是怎么做出来的，这个问题问的很大也很复杂，估计就算是芯片行业的从业者都不一定能完全准确的将芯片的设计过程讲清楚，而且就算是讲清楚最后也可能会成为晦涩难懂的“专业文章”，对于普通读者来说也犹如看天书一般，专业有余易读性较差，那么本文就通过比较简单生动的描述来给大家还原一下一款芯片从无到有的全过程。

一片芯片从无到有的全过程大概可以分为四个步骤——“芯片设计”“晶圆生产”“芯片光刻”“成片测试以及芯片封装”这四个步骤，本文也就从这四个步骤讲起给你还原一个真实的芯片从无到有的全过程。

目前大家所熟知的高通，华为海思，苹果，联发科等等这些半导体企业其实本质上都是一个个的芯片设计商，专业术语叫做集成电路设计公司，他们的工作是设计芯片本身的电路图，架构（某些低端芯片可能能做到自设自产）你可以简单地理解为他们就是建筑行业当中的设计院，是画图纸的。

一款芯片在设计之初，首先需要确定芯片的规格结构以及用途，这一步叫做规格制定。

就像大家在搭建楼房时要首先确定这栋楼房里面有几梯几户，户型大小，用途之类的工作一样这一步直接决定了处理器最终的形态。

在规格制定之后就需要进行前端以及后端设计了，这一步需要前端设计工程师***用硬体描述语言(HDL)根据前期规划的要求将芯片的结构用代码语言描述出来（其实很类似于程序员写代码）在这一步还需要考虑***用什么指令集（相当于是处理器世界当中的操作系统），对应的***用什么架构等等，是一个非常复杂的过程。在完成了准确无误的HDL Code之后，就需要交由放入电子设计自动化工具(EDA tool)中生成成真实的电路图（EDA设计软件被美国公司所主导，我国尚且没有类似工具所替代）然后经过反复的测试论证之后就会生成一个复杂完整的总的电路图，如下图所示，基本上接近于芯片真实的样子了，如下图示。

这就是一套比较完整的芯片设计的总过程，看似简单但是很多流程是非常的繁琐以及复杂的，需要耗费大量的人力物力成本，尤其是牵扯到高端芯片电路设计的时候复杂程度会呈现几何倍的增长。

其实咱们目前所见到的芯片都是由沙子一步步处理而来，沙子虽然足够廉价但是其处理的过程那可是相当的复杂。

首先是通过对沙子进行高温脱氧，提取沙子中的硅元素，然后经过一系列高精度的提纯等过程得到一块高精度的硅锭或者硅柱，然后再对硅柱进行横向的切割就得到了芯片生产时所必须要用到的一片一片的硅片。这里面的难点就在于硅元素的提纯，因为芯片对于硅元素的纯度要求非常高需要达到99.999999999%以上，如此高精度的提纯工艺可不是一个简单的工程。目前掌握高端晶元生产工艺的多背日本，韩国以及台湾等企业所垄断，我国的晶圆生产工艺尚在爬坡的过程中。

首先材料就是单晶硅，纯度99.99999%以上的硅，切成镜子一样的圆片，然后在晶园厂加工，按照设计图形，在上面或离子注入，或生长各种不同材料的图形，完了后，就是测试，从晶园上划下来单个芯片封装测试，就是成品了

中兴***让我们认识了中国的“芯”痛，那么小小芯片为什么这么难制造？今天给大家介绍一下流程。

沙子，是制造芯片最基本的材料，而脱氧后的沙子，是半导体制造产业的基础。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，最后得到的就是硅锭(Ingot)

硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧？

涂上光刻胶，必须保证光刻胶非常平非常平。然后进行光刻，这一步需要的技术水平非常高（目前中国自己的光刻机只有90nm的制程，而国外先进的可以做到7nm。）光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下。

先溶解光刻胶，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再进行蚀刻，使用化学物质溶解暴露出来的晶圆，剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。

正好最近在做毕业实习，有幸接触芯片的制作生产，接下来就简单介绍下芯片的制作流程：

下图，第一个就是设计的原理图，就是第一个的样子，这个是原理图，我们工程师要根据原理图来设计版图，把设计好的版图发送给代工厂，代工厂根据版图，就可以制作出具有一定功能的集成电路。

半导体，最根本的原材料就是硅，需要经过一系列的流程，首先是制备纯硅，接下来是制成硅柱，***用提拉法，生产出圆柱形的硅柱状体，这距离大家所熟知的晶圆还有一步，还需要灵魂切割，切割成薄片，也就是硅晶元，目前广泛***用的也就是12英寸的晶圆，其它英寸***用的也有，但是，12英寸的较多。

有了晶圆，就可以进行下一步的工作，光刻，这一步需要用到光刻机，光科胶。

光刻胶经过照射之后会变质，可以用特殊的溶液洗去。下面就是光刻的基本流程

在半导体中，其实最重要的就是pn结，通过不同的掺杂。人为可以对导电性进行控制，这有就是为什么，半导体能够听话，按照人们的设计要求工作，实现特定的功能。

在加正向电压的情况下，电子定向移动，形成电流。

在一定电压的情况下，沟道就会导通。没有电场时，mos管处于截止状态。

nmos, pmos的实际工作中的原理图。

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