芯片是如何制作出来的?台积电、联发科等64家企业成立美国半导体联盟!

滤波器 3天前

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1. 台积电联发科等64家企业成立美国半导体联盟!

导读:5月11日,美国半导体联盟(Semiconductors in American Coalition,以下简称SIAC)宣布成立,成员除了包括苹果高通英特尔等美国科技大厂,还包括ASML、ARM、台积电联发科

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图:SIAC成立公告



据SIAC网站公告,该联盟由全球64家芯片制造商与上下游厂商组成,SIAC的任务是促进美国的半导体制造和研究,以加强美国经济、国家安全和关键基础设施,在当前持续打压中国半导体的局势下颇具政治意味


具体来看,SIAC当前的短期目标是游说美国国会为美国本土芯片制造和研究拨款500亿美元,确保今年年初通过的美国芯片法案(CHIPS for America Act)的财源。


值得注意的是,参与该联盟的企业除了SIA(美国半导体行业协会)的主要美国半导体公司(如英特尔高通德州仪器等),还包括苹果谷歌、亚马逊、戴尔等下游ICT企业。


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图:SIAC的部分会员


此外,最引人注目的无疑是作为首批会员发起加入的几家海外企业——ASML英飞凌恩智浦、尼康、ARM,中国台湾最大的芯片代工厂台积电和IC设计企业联发科


与此同时,芯片大师曾报道意法半导体CEO:不参与欧盟半导体联盟台积电也没有参与欧盟主导的半导体联盟,并表示对在欧盟建立工厂不感兴趣


对此,业界评判不一。


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图:南华早报的报道


南华早报以“台积电加入美国芯片联盟,再次打击中国大陆的自给自足努力”为标题,引述新加坡国立大学教授卡普里(Alex Capri)的看法指出,SIAC表面的目的在于游说,但这个联盟由美国科技和半导体业主导,展现了美国对全球半导体供应链的影响力,可能使中国为减少对美国技术依赖而进行的努力复杂化。


报道认为,台积电斥资赴美设立5nm制程晶圆厂,会增加中国大陆的压力。尽管台积电刚刚宣布了南京厂的28nm扩产计划,但可以预见的将来“台积电显然不会在中国大陆也这样做,中国大陆提振芯片产业的努力,将更具挑战性”。


而英国咨询公司 Intralink的主管则认为,新联盟有助于美国与其盟友“更长久的维持领先中国大陆的态势”。





2. 芯片是如何制作出来的?只看这一篇足够


制造芯片需要在晶圆片上不断累加图案,这些图案纵向连接,可达100多层


芯片的制造包含数百个步骤,从设计到量产可能需要四个月的时间。晶圆厂的无尘室里,珍贵的晶圆片通过机械设备不断传送,整个过程中,空气质量和温度都受到严格控制。


第二讲

芯片是如何制作出来的?


芯片制造的关键工艺(10大步骤)


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沉积

制造芯片的第一步,通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。材料可以是导体、绝缘体或半导体。

光刻涂覆

进行光刻前,首先要在晶圆上涂覆光敏材料光刻”或“光阻”,然后将晶圆放入光刻机

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曝光

在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。晶圆放入光刻机后,光束会通过掩模版投射到晶圆上。光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻涂层上。在光束的照射下,光刻胶发生化学反应,光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。

计算光刻

光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变,因此需要事先对掩模版上的图案进行调整,确保最终光刻图案的准确。ASML将现有光刻数据及圆晶测试数据整合,制作算法模型,精确调整图案。

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烘烤与显影

晶圆离开光刻机后,要进行烘烤及显影,使光刻的图案永久固定。洗去多余光刻胶,部分涂层留出空白部分。

刻蚀

显影完成后,使用气体等材料去除多余的空白部分,形成3D电路图案。

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计量和检验

芯片生产过程中,始终对晶圆进行计量和检验,确保没有误差。检测结果反馈至光刻系统,进一步优化、调整设备

离子注入

在去除剩余的光刻胶之前,可以用正离子或负离子轰击晶圆,对部分图案的半导体特性进行调整。

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视需要重复制程步驟

从薄膜沉积到去除光刻胶,整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。而要在晶圆片上形成集成电路,完成芯片制作,这一流程需要不断重复,可多达100次。

封装芯片

最后一步,切割晶圆,获得单个芯片,封装在保护壳中。这样,成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了!

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多干净才干净?


要知道,无论灰尘或异物如何微小,一旦落到晶圆上,都会损坏芯片。何况现代芯片有些需要经历几十甚至上百层的制程,如何保证芯片生产的良率晶圆厂的清洁度至关重要。


无尘室到底有多洁净?


比我们日常生活的空间要干净10,000倍左右!大多数芯片制造商的 “ISO 1级”无尘室都能做到几乎“零粉尘”,具体来说,在每立方米空气中,100到200纳米的颗粒不超过10个,且没有大于200纳米的颗粒。相比之下,一家干净的现代医院里,每立方米空气中含有粉尘颗粒约10,000个,这差距可不是一点点。


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无尘室内的空气不断过滤、循环。员工需要穿着特殊的工作服(又称“兔子服”),维持零粉尘的工作环境。




各类芯片制造模式


IDMs是指同时设计并制造芯片,代表企业包括英特尔三星。Foundries则是根据合同为其他公司制造芯片,代表企业包括台积电格芯联电。而Fabless自身不设晶圆厂,如高通英伟达和超微半导体。他们专注芯片设计,不涉及生产设施建设和维护,从而避免高昂的成本。这些公司可能将生产外包给代工厂。



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