第188章 點亮自主芯

芯片的戰爭 第188章 點亮自主芯

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之后余子賢等人成就感。本來芯片制造不想寫這么詳細，但是作為一本寫芯片工業的書，不寫總感覺缺了點什么，所以應該不能算水（狗頭保命.以后制造部分就不這么寫了）。

從生產線通電投運的剎那，硅就開始了它從硅錠到芯片的第二段旅程。

其實整個芯片的制造過程，可以看成是硅從沙子到芯片的奇妙旅程。

因為芯片的原料是硅，也就是類似砂子的材質。

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

作為比較，我們常說的萬足金（9999黃金）純度也“才只有”99.99。

將石英砂轉化成粗硅，并“提煉”成高純度多晶硅，然后在融熔態的多晶硅中放入晶種，旋轉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的區別，只是工藝控制天差地別）。

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

晶圓面積越大，在制造同一工藝標準的芯片時，可以切出越多的芯片，也就代表著這座晶圓廠的技術約好。

而目前晶圓尺寸已經經過了2英寸（50mm）到3英寸(76mm)、4英寸(101mm，通常稱為100mm晶圓)、6英寸（150mm）的技術發展，甚至8英寸（200mm）的技術也在實驗室條件下實現工藝貫通。

1991年的當前，已經實現商業化生產的當屬6英寸晶圓（1989年開始商業化），而更為先進的8英寸工藝還在實驗室，按照歷史發展，要到明年才會投入商業生產運行。

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

與“大晶圓”不同，晶體管與導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”。隨著芯片技術的進步，電路線寬越來越小，直達微米以下納米級數。

“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，提高品質與降低成本。

是不是感覺很復雜？但到這一步，還不夠刻印半個電路！

不過，像香積電這樣的芯片制造廠，只需要負責“小線程”就行了。因為“大晶圓”一般直接由曰本信越、美國應用材料等公司直接壟斷供應。

你只需要按照自己生產線對應的晶圓尺寸想這些晶圓材料供應廠家下單就行了，他們會送貨上門。

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

電路底片，業內稱為掩模板（俗稱光罩）；當然，芯片電路復雜，可能包含數以千萬計的晶體管，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計分成多個掩模板，重復上面的流程，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，不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管——芯片的最小單元晶體管！邏輯處理器芯片就是幾百萬、幾千萬甚至上億個這樣的多層晶體管像建樓房一樣有組織的疊放起來組成的。

當然在光刻過程中形成的形狀，也會有許多其實不是我們需要的，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的結構，這一步進行蝕刻。

可是完成之后，就需要多芯片就行清洗，當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，為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化）、熱氧化(制造出二氧化硅，也即場效應管的柵極門）等完成晶體管的固化。

接著通過化學氣相淀積(CVD)進一步精細處理表面的各種物質、物理氣相淀積(PVD)等工序給敏感部件加涂層。

最后再經過電鍍處理、化學/機械表面處理、裸晶（或者晶粒）測試、晶圓打磨分割就可以出廠封裝了。

整個芯片制造過程中，光刻工序是時間和成本占比超過30的最關鍵流程。

香積電巨大的潔凈廠房生產區域內，各分區人員各司其職，緊張的盯著自己設備的操作界面和監控界面。

此時，距離第一批芯片生產已經接近尾聲了……已經開始進行晶圓（裸晶或者晶粒）的測試了。

晶圓的半導體測試工藝屬于半導體產業的關鍵領域，半導體測試包括CP（Circuit

Probe電路探測）測試，CP測試也稱晶圓測試(wafer

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

通常，在晶圓測試步驟中，就需要對所述芯片進行電性測試，以確保在封裝之前，晶圓上的芯片是合格產品，所以晶圓測試是芯片生產良率統計的關鍵數據之一。

在晶圓測試分區，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據統計。

而在檢測臺上，蔡俊杰親自操刀，逐一測試晶圓上的每一粒裸晶的特性……

余子賢都有點急不可耐了！這都一個多小時了，怎么一片晶圓還沒有測試完成！？

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

所以，按理說這不到80塊的晶粒檢測也用不了這么長時間啊？別出什么意外啊？不會是沒有一塊合格的吧？

余子賢等的時間越長，心里者越沒底。可是在這關鍵的時刻，余子賢也不管貿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晃去，也是墊著腳的望向玻璃窗內的蔡俊杰！

這個時候的曹飛已經被余子賢升任香積電總經理職務了。之前的兩個老前輩，已經正是退休了。

“老板，要不我進去看看吧……”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……我再進去看看！”

曹飛看著玻璃幕墻之內的蔡俊杰，點了點頭。

在焦急地等待中，十五分鐘過去的說慢也快。可是蔡俊杰也就沒有出來！

曹飛看了余子賢一眼，余子賢輕輕的點了點頭，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潔凈區，正準備跨入檢測區的時候，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。

余子賢連忙走向出口。

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

“余總，簡直讓人太吃驚了……第一塊晶圓測試良率居然達到了49！”

“50？居然這么高，可是怎么可能？不是一般的都在30以下，10或者個位數的良率也很常見，甚至出現零也不是沒有可能啊！”

“不過，這50也太爽了！”余子賢揚了揚手興奮的說道！

“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，統計錯誤了……于是我又檢測了一片晶圓！”

“怎么樣？”

“只是這一次更高，良率居然達到了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，接著說道：“后來，我為了第三次說服自己，于是我又檢測了一片……”

好家伙，蔡俊杰這家伙在里面這是一個勁的跟自己較勁了！還說一個多小時了從檢測區不出來，讓外面的大家一陣號等！

就算是你給外面遞個消息也行啊，搞得大家都緊張異常，那么長時間沒有動靜，還以為出了什么意外呢！

不過此時，大家暫時還不顧上埋怨蔡俊杰，都想知道這第三片晶圓的晶粒檢測良率。

“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。

“好你個蔡俊杰，你居然開始賣我們這么多人的關子，你小心我們忍不住揍你！”

“你們猜啊？放心猜……”

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

“到底多少？蔡博士，你再不說可別怪我扣了你這個月的獎金，到時候估計老板也不會說什么不同意的話！”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，會頭問道。

“蔡俊杰，你沒有搞錯吧？”曹飛嚴肅的說道。

“哦，等等，我看看啊！我再確認下，好像我也記得第三個數據不是這個來著……”蔡俊杰拿著手里的幾張紙，再次檢查了起來……

等了幾秒鐘之后，才一拍腦袋說道：“啊！剛才將手寫紙拿倒看錯了，將61看成了19！”

“臥槽，蔡俊杰你幣沒了……”余子賢大怒！

“好你個蔡俊杰，你還真是玩我們啊！”你這個月的獎金沒了！曹飛跟上。

之前緊張的等待，經過蔡俊杰這么一鬧，大家都一下子放松了。

再說得到的數據良率大大超出大家的預料，三片晶圓板，第一次試產，芯片良率在55左右——這是香積電人和參與建設的各位技術人員的一次難得勝利！

蔡俊杰拿出來的芯片以及交給試驗室人員去分裝了，封裝成功之后的芯片會安裝到傅贊拿過來的幾臺學習機和游戲機上去，上機通電試驗芯片的具體性能！

而此時，余子賢著急大家開始分析這一次良率出奇的高的原因。

只是說過來說過去，除了各位參與設備安裝調試的團隊和技術人員通力協作之外，以及大量廠家技術人員參與調試等等客觀因素之外，剩下的就是從工藝技術方面的分析了。

鹿島智樹提出了一點很有說服力的原因：工藝性能過剩。

目前的生產線是為1.2微米工藝建設的，而6502XJ91芯片卻是3微米芯片，就相當于大馬拉小車……所以良率會出奇的高！

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

想通也就那么回事，但是在未出結果之前，誰能有說的出1、2、3來了？

就在他們總結分析良率的時候，傅贊帶著搭載了6502XJ91芯片的兩臺小博士學習機和兩臺大霸王游戲機走了進來，身后的工作人員還幫忙抱來了電視機、游戲手柄、鍵盤燈等輔助設備。

這是要驗證芯片的實際應用了！

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

“哦也！”

“好！”余子賢拍了拍大腿，大聲叫好！

點亮的6502XJ91這顆芯片，點亮的不僅是自家產的兩個電子產品，而且還徹底點燃了余子賢的夢！

祝大家2020新年元旦快樂！

《芯片的戰爭》和大家一道，新年大吉！

先定個小目標，比如1住：