生产芯片所使用的晶圆是如何制作的你知道吗?

先来简单看一下集成电路产业的整体流程

集成电路产业的产业流程图如下图所示:

设计公司属于上游;

MASK制作,晶圆的生产,芯片的制造 属于中游;

芯片的封装 以及 测试属于 下游;

更细节的产业流程图见下图所示:

在上面这张图中我想着重介绍一下

1. 晶圆制造

2. 芯片制造

下面开始正文:

晶圆制造环节制造之前我想先简单说明一下什么是晶圆

晶圆的图片如下图所示:

晶圆(wafer)

晶圆是一个半导体的硅片,如上图所示,一般有八寸 十二寸 的大小,现在国内还是用八寸的比较多,并且逐渐向着12寸晶圆的方向发展。 在上面的图片中大家可以看到wafer上有若干的小方块,这些其实就是雕刻好的电路部分。一般一个晶圆上可以容纳成千上万的芯片。

晶圆的制作过程

在固体材料中,有一种特殊的晶体结构——单晶(Monocrystalline)。它具有原子一个接着一个紧密排列在一起的特性,可以形成一个平整的原子表层。由单晶形成晶圆主要有二个步骤,分别为纯化以及拉晶。

         

钝化+拉晶过程的示意图

    1. 钝化

      在氧化硅加碳,提炼出98精度以上的硅。

    2. 拉晶

将获得的高纯度多晶硅融化,形成液态的硅,然后使用晶种(seed)和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起,最后形成原子整齐排列的单晶硅柱。

问题:为什么使用单晶的硅种?

答:因为硅种的原子结构是整齐有有序的,会让后面的硅按相同顺序排列起来。问题:为什么半导体制造要使用单晶硅,而不使用多晶硅?  答:因为单晶硅的原子排列更加有0序,相比于多晶硅稳定的多,有利于生产出高品质并且风险可控的芯片。晶圆钝化以及拉晶的过程如下图所示:

钝化+拉晶过程的示意图

晶圆在成功制作以后,进行精密的切片以后,就变成了晶圆,可以进行后续的流程从而制作成芯片。

知道晶圆是如何产生以后,我们再来看一下市场上晶圆的生产厂商有哪些呢?他们又占据了什么样的市场份额呢?如下图所示:

通过上面的饼状图我们可以看到日本/韩国/台湾 企业占据了大多数的市场的份额,我们国内的厂商还要加油。

关于晶圆制造的过程到此为止就差不多了,我会在后面的附录贴上产业中其他环节的市场情况。如果喜欢本篇文章欢迎点赞收藏分享,我会继续更新此类文章,谢谢!

下文为附录

附录1(2018年全球十大IC设计公司)

附录2(2018年大陆十大IC设计公司)

附录3(2018年全球十大IC制造厂)

附录4(各个芯片制造厂突破工艺的时间节点)

附录5(2018年全球各个封装测试厂的排名以及市场份额)

附录6(2018年各个封装测试厂在国内的排名以及市场份额)

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