芯片的戰(zhàn)爭(zhēng) 第188章 點(diǎn)亮自主芯

PS：前小半部分主要講芯片制造過程。所以介意的人可以咕咕……畢竟大家掙錢都不容易！后面大部分則是芯片被制造出來(lái)之后余子賢等人成就感。本來(lái)芯片制造不想寫這么詳細(xì)，但是作為一本寫芯片工業(yè)的書，不寫總感覺缺了點(diǎn)什么，所以應(yīng)該不能算水（狗頭保命.以后制造部分就不這么寫了）。

從生產(chǎn)線通電投運(yùn)的剎那，硅就開始了它從硅錠到芯片的第二段旅程。

其實(shí)整個(gè)芯片的制造過程，可以看成是硅從沙子到芯片的奇妙旅程。

因?yàn)樾酒脑鲜枪?，也就是類似砂子的材質(zhì)。

半導(dǎo)體原材料粗硅的純度是98，但是芯片對(duì)硅晶圓純度的要求卻高達(dá)99.9999999！也就是雜質(zhì)的比重不能超過十億分之一。

作為比較，我們常說(shuō)的萬(wàn)足金（9999黃金）純度也“才只有”99.99。

將石英砂轉(zhuǎn)化成粗硅，并“提煉”成高純度多晶硅，然后在融熔態(tài)的多晶硅中放入晶種，旋轉(zhuǎn)拉出圓柱形的單晶硅棒（原理和棉花糖的變大的過程沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，只是工藝控制天差地別）。

晶胚再經(jīng)過研磨、拋光、切片等程序，切割成一片一片薄薄的晶圓。而切割出來(lái)的晶圓直徑則決定了這些晶圓需要應(yīng)用與之匹配的晶圓廠去。一般我們說(shuō)的幾寸的晶圓廠，就指的是硅晶圓的直徑。

晶圓面積越大，在制造同一工藝標(biāo)準(zhǔn)的芯片時(shí)，可以切出越多的芯片，也就代表著這座晶圓廠的技術(shù)約好。

而目前晶圓尺寸已經(jīng)經(jīng)過了2英寸（50mm）到3英寸(76mm)、4英寸(101mm，通常稱為100mm晶圓)、6英寸（150mm）的技術(shù)發(fā)展，甚至8英寸（200mm）的技術(shù)也在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)工藝貫通。

1991年的當(dāng)前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的當(dāng)屬6英寸晶圓（1989年開始商業(yè)化），而更為先進(jìn)的8英寸工藝還在實(shí)驗(yàn)室，按照歷史發(fā)展，要到明年才會(huì)投入商業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行。

目前香積電的4英寸晶圓工藝，是發(fā)展于八十年代初的工藝，此時(shí)已經(jīng)有些落后。但是，在余子賢的能力范圍之內(nèi)，這是能夠搞到的最先進(jìn)的工藝了。

與“大晶圓”不同，晶體管與導(dǎo)線的尺寸縮小也就是線寬則是越小越好，也就是俗稱的“小線程”。隨著芯片技術(shù)的進(jìn)步，電路線寬越來(lái)越小，直達(dá)微米以下納米級(jí)數(shù)。

“大晶圓”和“小線程”這兩種方式都可以在一片晶圓上，制作出更多的硅晶粒，提高品質(zhì)與降低成本。

是不是感覺很復(fù)雜？但到這一步，還不夠刻印半個(gè)電路！

不過，像香積電這樣的芯片制造廠，只需要負(fù)責(zé)“小線程”就行了。因?yàn)椤按缶A”一般直接由曰本信越、美國(guó)應(yīng)用材料等公司直接壟斷供應(yīng)。

你只需要按照自己生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的晶圓尺寸想這些晶圓材料供應(yīng)廠家下單就行了，他們會(huì)送貨上門。

取得晶圓之后，在它上面鍍一層導(dǎo)電薄膜，再涂布一層感光劑。然后，將電路底片放在上面，并進(jìn)行曝光，電路部分進(jìn)行顯影反應(yīng)。隨后，用化學(xué)試劑沖掉沒有反應(yīng)的感光層，便能夠在晶圓導(dǎo)電薄膜蝕刻出一條條電路。

電路底片，業(yè)內(nèi)稱為掩模板（俗稱光罩）；當(dāng)然，芯片電路復(fù)雜，可能包含數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的晶體管，即使把掩模板造成一張桌子那么大，再縮影到小小的芯片上，單單一個(gè)掩模板也亦未必能一次投影好。因此，加工過程中要將電路設(shè)計(jì)分成多個(gè)掩模板，重復(fù)上面的流程，直至蝕刻完成為止。

而這光刻程序中其中用到合成甲酚醛樹脂、合成感光（層）劑、配膠等等都是光刻膠的三大成分。

光刻完成之后就是離子注入。在硅晶圓制造過程中不同位置加入不同的雜質(zhì)，不同雜質(zhì)根據(jù)濃度/位置的不同就組成了場(chǎng)效應(yīng)管——芯片的最小單元晶體管！邏輯處理器芯片就是幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)甚至上億個(gè)這樣的多層晶體管像建樓房一樣有組織的疊放起來(lái)組成的。

當(dāng)然在光刻過程中形成的形狀，也會(huì)有許多其實(shí)不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的。蝕刻就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來(lái)的結(jié)構(gòu)，這一步進(jìn)行蝕刻。

可是完成之后，就需要多芯片就行清洗，當(dāng)然不是用水或者什么東西清洗，而是等離子沖洗(用較弱的等離子束轟擊整個(gè)芯片)——這就是等離子沖洗工序。

之后就是熱處理。通過快速熱退火（就是瞬間把整個(gè)片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上，然后慢慢地冷卻下來(lái)，為了使得注入的離子能更好的被啟動(dòng)以及熱氧化）、熱氧化(制造出二氧化硅，也即場(chǎng)效應(yīng)管的柵極門）等完成晶體管的固化。

接著通過化學(xué)氣相淀積(CVD)進(jìn)一步精細(xì)處理表面的各種物質(zhì)、物理氣相淀積(PVD)等工序給敏感部件加涂層。

最后再經(jīng)過電鍍處理、化學(xué)/機(jī)械表面處理、裸晶（或者晶粒）測(cè)試、晶圓打磨分割就可以出廠封裝了。

整個(gè)芯片制造過程中，光刻工序是時(shí)間和成本占比超過30的最關(guān)鍵流程。

香積電巨大的潔凈廠房生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，各分區(qū)人員各司其職，緊張的盯著自己設(shè)備的操作界面和監(jiān)控界面。

此時(shí)，距離第一批芯片生產(chǎn)已經(jīng)接近尾聲了……已經(jīng)開始進(jìn)行晶圓（裸晶或者晶粒）的測(cè)試了。

晶圓的半導(dǎo)體測(cè)試工藝屬于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)域，半導(dǎo)體測(cè)試包括CP（Circuit

Probe電路探測(cè)）測(cè)試，CP測(cè)試也稱晶圓測(cè)試(wafer

test)，是半導(dǎo)體器件后道封裝測(cè)試的第一步，目的是將晶圓中的不良芯片挑選出來(lái)。

通常，在晶圓測(cè)試步驟中，就需要對(duì)所述芯片進(jìn)行電性測(cè)試，以確保在封裝之前，晶圓上的芯片是合格產(chǎn)品，所以晶圓測(cè)試是芯片生產(chǎn)良率統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一。

在晶圓測(cè)試分區(qū)，余子賢和曹飛，鹿島智樹、包括李斯特等人都在焦急的等待著第一片晶圓上合格芯片的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

而在檢測(cè)臺(tái)上，蔡俊杰親自操刀，逐一測(cè)試晶圓上的每一粒裸晶的特性……

余子賢都有點(diǎn)急不可耐了！這都一個(gè)多小時(shí)了，怎么一片晶圓還沒有測(cè)試完成??？

4英寸晶圓的直徑按100毫米算，一片芯片面積按100平方毫米計(jì)算，那么一片晶圓可制造出的芯片也不超過80塊。當(dāng)然如果這是按照3微米工藝制程的6502XJ91來(lái)計(jì)算的，如果按照下一步即將試產(chǎn)的工藝制程更為先進(jìn)的1.2微米工藝制程芯片來(lái)計(jì)算，每一塊芯片上的晶體管更多，但是芯片的面積卻越??！所以刻蝕得到的裸晶會(huì)更多。

所以，按理說(shuō)這不到80塊的晶粒檢測(cè)也用不了這么長(zhǎng)時(shí)間??？別出什么意外啊？不會(huì)是沒有一塊合格的吧？

余子賢等的時(shí)間越長(zhǎng)，心里者越?jīng)]底?？墒窃谶@關(guān)鍵的時(shí)刻，余子賢也不管貿(mào)然打斷蔡俊杰的工作！

在一旁等待著的曹飛看看余子賢焦急的晃來(lái)晃去，也是墊著腳的望向玻璃窗內(nèi)的蔡俊杰！

這個(gè)時(shí)候的曹飛已經(jīng)被余子賢升任香積電總經(jīng)理職務(wù)了。之前的兩個(gè)老前輩，已經(jīng)正是退休了。

“老板，要不我進(jìn)去看看吧……”曹飛也是按捺不住自己焦急等待的心情。

“呼……”余子賢深深的吸了一口氣，看了看正在忙碌著的試驗(yàn)室人員，最后還是嘆了口氣：“再等等，等一刻鐘，如果還是不能……我再進(jìn)去看看！”

曹飛看著玻璃幕墻之內(nèi)的蔡俊杰，點(diǎn)了點(diǎn)頭。

在焦急地等待中，十五分鐘過去的說(shuō)慢也快?？墒遣炭〗芤簿蜎]有出來(lái)！

曹飛看了余子賢一眼，余子賢輕輕的點(diǎn)了點(diǎn)頭，然后曹飛就再次檢查并整理自己身上的潔凈服……

就在曹飛通過空氣循環(huán)潔凈區(qū)，正準(zhǔn)備跨入檢測(cè)區(qū)的時(shí)候，余子賢卻見蔡俊杰停下了手里的活……頭朝向助手，似乎在說(shuō)著什么。緊接著，就將十塊還未封裝的芯片用專用盒包裝好之后，向出口走了過來(lái)。

余子賢連忙走向出口。

“蔡主任，怎么樣？”余子賢一臉緊張的道，就怕蔡俊杰說(shuō)出一個(gè)讓他痛不欲生的數(shù)字來(lái)——零或者1！

“余總，簡(jiǎn)直讓人太吃驚了……第一塊晶圓測(cè)試良率居然達(dá)到了49！”

“50？居然這么高，可是怎么可能？不是一般的都在30以下，10或者個(gè)位數(shù)的良率也很常見，甚至出現(xiàn)零也不是沒有可能??！”

“不過，這50也太爽了！”余子賢揚(yáng)了揚(yáng)手興奮的說(shuō)道！

“就是，我也是感覺非常詫異和興奮，我都開始懷疑自己是不是操作失誤，統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤了……于是我又檢測(cè)了一片晶圓！”

“怎么樣？”

“只是這一次更高，良率居然達(dá)到了56！”

這一次不僅是余子賢意外了，就是旁邊的鹿島智樹也是一臉差異的樣子！

“更高？”在場(chǎng)的李斯特疑惑的問道。

蔡俊杰看大家依舊一副難以置信的樣子，接著說(shuō)道：“后來(lái)，我為了第三次說(shuō)服自己，于是我又檢測(cè)了一片……”

好家伙，蔡俊杰這家伙在里面這是一個(gè)勁的跟自己較勁了！還說(shuō)一個(gè)多小時(shí)了從檢測(cè)區(qū)不出來(lái)，讓外面的大家一陣號(hào)等！

就算是你給外面遞個(gè)消息也行啊，搞得大家都緊張異常，那么長(zhǎng)時(shí)間沒有動(dòng)靜，還以為出了什么意外呢！

不過此時(shí)，大家暫時(shí)還不顧上埋怨蔡俊杰，都想知道這第三片晶圓的晶粒檢測(cè)良率。

“多少？”余子賢看蔡俊杰一副欲言又止的樣子，沒好氣的問道！

“你們可以猜猜……”蔡俊杰居然變得一副賤嗖嗖的樣子。

“好你個(gè)蔡俊杰，你居然開始賣我們這么多人的關(guān)子，你小心我們?nèi)滩蛔∽崮悖　?p/> “你們猜啊？放心猜……”

余子賢一聽蔡俊杰開始賣起了關(guān)子，也就放心了，看來(lái)這良率是穩(wěn)住了，至少在49以上，于是撅了噘嘴超蔡俊杰說(shuō)道：“你愛說(shuō)不說(shuō)，反正我知道是在49以上就行了……”

“到底多少？蔡博士，你再不說(shuō)可別怪我扣了你這個(gè)月的獎(jiǎng)金，到時(shí)候估計(jì)老板也不會(huì)說(shuō)什么不同意的話！”一旁的曹飛氣的笑罵道。

“第三塊……良率我看看，好像是19！”

“什么……蔡俊杰，真的么假的？一下子差距怎么這么大？”余子賢首先受不了了，會(huì)頭問道。

“蔡俊杰，你沒有搞錯(cuò)吧？”曹飛嚴(yán)肅的說(shuō)道。

“哦，等等，我看看??！我再確認(rèn)下，好像我也記得第三個(gè)數(shù)據(jù)不是這個(gè)來(lái)著……”蔡俊杰拿著手里的幾張紙，再次檢查了起來(lái)……

等了幾秒鐘之后，才一拍腦袋說(shuō)道：“??！剛才將手寫紙拿倒看錯(cuò)了，將61看成了19！”

“臥槽，蔡俊杰你幣沒了……”余子賢大怒！

“好你個(gè)蔡俊杰，你還真是玩我們??！”你這個(gè)月的獎(jiǎng)金沒了！曹飛跟上。

之前緊張的等待，經(jīng)過蔡俊杰這么一鬧，大家都一下子放松了。

再說(shuō)得到的數(shù)據(jù)良率大大超出大家的預(yù)料，三片晶圓板，第一次試產(chǎn)，芯片良率在55左右——這是香積電人和參與建設(shè)的各位技術(shù)人員的一次難得勝利！

蔡俊杰拿出來(lái)的芯片以及交給試驗(yàn)室人員去分裝了，封裝成功之后的芯片會(huì)安裝到傅贊拿過來(lái)的幾臺(tái)學(xué)習(xí)機(jī)和游戲機(jī)上去，上機(jī)通電試驗(yàn)芯片的具體性能！

而此時(shí)，余子賢著急大家開始分析這一次良率出奇的高的原因。

只是說(shuō)過來(lái)說(shuō)過去，除了各位參與設(shè)備安裝調(diào)試的團(tuán)隊(duì)和技術(shù)人員通力協(xié)作之外，以及大量廠家技術(shù)人員參與調(diào)試等等客觀因素之外，剩下的就是從工藝技術(shù)方面的分析了。

鹿島智樹提出了一點(diǎn)很有說(shuō)服力的原因：工藝性能過剩。

目前的生產(chǎn)線是為1.2微米工藝建設(shè)的，而6502XJ91芯片卻是3微米芯片，就相當(dāng)于大馬拉小車……所以良率會(huì)出奇的高！

以后在1.2微米的芯片的制造中如果第一次就達(dá)到超預(yù)期的良率，那才叫真驚喜了……

想通也就那么回事，但是在未出結(jié)果之前，誰(shuí)能有說(shuō)的出1、2、3來(lái)了？

就在他們總結(jié)分析良率的時(shí)候，傅贊帶著搭載了6502XJ91芯片的兩臺(tái)小博士學(xué)習(xí)機(jī)和兩臺(tái)大霸王游戲機(jī)走了進(jìn)來(lái)，身后的工作人員還幫忙抱來(lái)了電視機(jī)、游戲手柄、鍵盤燈等輔助設(shè)備。

這是要驗(yàn)證芯片的實(shí)際應(yīng)用了！

插電、開機(jī)，電視畫面里的《看圖猜成語(yǔ)》游戲顯示異常清晰，未見卡頓……換了個(gè)大霸王游戲機(jī)，依然順暢自如。

“哦也！”

“好！”余子賢拍了拍大腿，大聲叫好！

點(diǎn)亮的6502XJ91這顆芯片，點(diǎn)亮的不僅是自家產(chǎn)的兩個(gè)電子產(chǎn)品，而且還徹底點(diǎn)燃了余子賢的夢(mèng)！

祝大家2020新年元旦快樂！

《芯片的戰(zhàn)爭(zhēng)》和大家一道，新年大吉！

先定個(gè)小目標(biāo)，比如1住：