芯片制造过程完整流程

一颗芯片的诞生，可以分为芯片设计与芯片制造两个环节。

芯片设计： 规划“芯”天地

芯片设计阶段会明确芯片的用途、规格和性能表现，芯片设计可分为规格定义、系统级设计、前端设计和后端设计4大过程。

规格定义，工程师在芯片设计之初，会做好芯片的需求分析、完成产品规格定义，以确定设计的整体方向。

系统设计， 基于前期的规格定义，明确芯片架构、业务模块、供电等系统级设计，例如CPU、GPU、NPU、RAM、联接、接口等。芯片设计需要综合考量芯片的系统交互、功能、成本、功耗、性能、安全及可维可测等综合要素。

前端设计，前端设计时，设计人员根据系统设计确定的方案，针对各模块开展具体的电路设计，使用专门的硬件描述语言（Verilog或VHDL），对具体的电路实现进行RTL（Register Transfer Level）级别的代码描述。代码生成后，就需要严格按照已制定的规格标准，通过仿真验证来反复检验代码设计的正确性。之后，用逻辑综合工具，把用硬件描述语言写成的RTL级的代码转成门级网表（NetList），以确保电路在面积、时序等目标参数上达到标准。逻辑综合完成后需要进行静态时序分析，套用特定的时序模型，针对特定电路分析其是否违反设计者给定的时序限制。整个设计流程是一个迭代的流程，任何一步不能满足要求都需要重复之前的步骤，甚至重新设计RTL代码。

后端设计，后端设计是先基于网表，在给定大小的硅片面积内，对电路进行布局（Floor Plan）和绕线（Place and Route），再对布线的物理版图进行功能和时序上的各种验证（Design Rule Check、Layout Versus Schematic等），后端设计也是一个迭代的流程，验证不满足要求则需要重复之前的步骤，最终生成用于芯片生产的GDS（Geometry Data Standard）版图。

芯片制造是一层层向上叠加的，最高可达上百次叠加。每一次的叠加，都必须和前一次完美重叠，重叠误差要求是1~2纳米。

芯片制作完整过程包括芯片设计、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。 精密的芯片其制造过程非常的复杂首先是芯片设计，根据设计的需求，生成的“图样”。

1、芯片的原料晶圆

晶圆的成分是硅，硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将些纯硅制成硅晶棒，成为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。

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。

这时可以用上第一份遮光物，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

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，这时候将这一流程不断的重复，不同层可通过开启窗口联接起来。

这一点类似多层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。

6、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。

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。

个人图书馆，海思官网，半导体行业联盟综合整理

责任编辑：李倩