芯片从设计到成品到底有几个环节？

芯片从设计到成品到底有几个环节？

　　芯片从设计到成品到底有几个环节？

林亚东芯片设计,isp芯片设计,加密芯片设计　　整体流程，设计部分，制造工艺的介绍都在上面了，仔细看过之后会对芯片设计制造有个大概的了解。

　　林亚东芯片设计,isp芯片设计,加密芯片设计芯片是很多智能设备的重要器件，缺少芯片的情况下，这些智能设备将“瘫痪”。所以，我们应当大力发展芯片。为增进大家对芯片的认识，本文将对芯片的内部制造工艺予以介绍。如果你对芯片也感兴趣，不妨和小编一起继续往下阅读哦。

　　芯片是电子产品里面的一种微型电子器件或部件，芯片目前已经成为我们生活中不可或缺的物件。芯片主要用在电子产品中，分为5G、Wi-Fi、蓝牙这种通信芯片等很多类型。

　　芯片可以把大规模的千万或亿级数量的电路板集成晶硅片，芯片还有一个本质就是集成电路。人类对芯片的需求如同人离不开空气，可以发挥出高性能和作用

　　无论是手机、汽车、电脑等产品都需要芯片，它的体积小占用空间少让电子产品可以更轻薄，都需要强大的计算作为支撑，芯片是人类走向智能化的标志，未来高科技的竞争完全写在芯片上。

　　我国芯片大多都是依靠进口，在美国政府的打压以及疫情的影响下，芯片自主研发对我国是一个巨大的挑战，也是一个巨大的机遇。目前中国华为海思半导体的研发实力，丝毫不弱于三星、高通和苹果，金誉半导体也迎难而上，在加速工厂生产的情况下，不放弃对芯片方案设计的开发。但和国外相比，中国科技之路终究还有很长一段的路要走。

　　芯片制造的整个过程包括芯片设计、芯片制造、封装测试等。芯片制造过程特别复杂。

　　首先是芯片方案设计，根据设计要求，生成“图案”，再根据“图案”进行芯片制作，别看芯片小小一个，其中的讲究非常多，制造工艺之间的衔接非常严谨，每一步都不能出错，不然就会影响使用寿命甚至无法使用。

　　晶片的主要材料是硅，硅由石英砂精制而成，然后将硅制作成硅片，硅片经硅元素(99.999%)提纯后制成硅棒，就成为了制造集成电路的石英半导体材料。芯片就是制造所需的特定晶片，晶圆越薄，生产成本就越低，但对工艺的要求就越高。

　　首先，在晶圆(或基板)表面涂覆一层光刻胶并干燥。干燥的晶片被转移到光刻机上。通过掩模，光将掩模上的图案投射到晶圆表面的光刻胶上，实现曝光和化学发光反应。曝光后的晶圆进行二次烘烤，即所谓曝光后烘烤，烘烤后的光化学反应更为充分。

　　最后，显影剂被喷在晶圆表面的光刻胶上以形成曝光图案。显影后，掩模上的图案保留在光刻胶上。糊化、烘烤和显影都是在均质显影剂中完成的，曝光是在平版印刷机中完成的。均化显影机和光刻机一般都是在线操作，晶片通过机械手在各单元和机器之间传送。

　　整个曝光显影系统是封闭的，晶片不直接暴露在周围环境中，以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。

　　具体工艺是从硅片上的裸露区域开始，将其放入化学离子混合物中。这个过程将改变掺杂区的传导模式，使每个晶体管都能打开、关闭或携带数据。一个简单的芯片只能使用一层，但一个复杂的芯片通常有许多层。

　　此时，该过程连续重复，通过打开窗口可以连接不同的层。这与多层pcb的制造原理类似。更复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层。此时，它是通过重复光刻和上述工艺来实现的，形成一个三维结构。

　　经过上述处理后，晶圆上形成点阵状晶粒。用针法测试了各晶粒的电学性能。一般来说，每个芯片都有大量的晶粒，组织一次pin测试模式是一个非常复杂的过程，这就要求尽可能批量生产相同规格型号的芯片。数量越大，相对成本就越低，这也是主流芯片设备成本低的一个因素。

　　同一片芯片的芯可以有不同的封装形式，其原因是晶片固定，引脚捆绑，根据需要制作不同的封装形式。例如：DIP、QFP、PLCC、QFN等，这主要取决于用户的应用习惯、应用环境、市场形态等外围因素。

　　经过上述过程，芯片生产已经完成。最后一步是测试芯片，去除有缺陷的产品，并包装，在这些方面金誉半导体的产品良率达百分之九十九以上。

　　以上便是此次小编带来的芯片相关内容，通过本文，希望大家对芯片具备一定的了解。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读。

　　芯片的生产流程非常复杂，粗略来说，这一流程包括：制定规格、选择构架、逻辑设计、电路设计、布线、制造、测试、封装、总测试。这其中最重要的是电路设计和制造，而芯片的制造工艺最能体现一个公司的技术水平。

　　在基尔比发明了芯片后的几年里，RCA开发出了MOS管。1962年，RCA在仙童的硅平面双极工艺的基础上，开发出了MOS硅平面工艺。与双极型芯片相比，MOS芯片具有功耗低、结构简单、集成度高、成品率高的优点。1963年，硅平面工艺的CMOS芯片工艺也被开发出来了，很快，CMOS芯片工艺就成了芯片产业的主流。今天，90%以上的芯片是由硅平面的CMOS芯片工艺制造的。

　　从芯片的发展历史来看，芯片的发展方向是高速、高频、低功耗。因此，CMOS芯片成为首选。目前，最先进的CMOS芯片工艺制程已到了7纳米，这相当于28个二氧化硅分子的大小。CMOS芯片的工艺极为复杂，使用的设备动辄上亿美元。但是，因为芯片带来的利润非常大，很多公司和机构还是愿意投资芯片制造业。

　　CMOS芯片工艺流程可分为前端制造（包括晶圆处理、晶圆测试）和后段制造（包括封装、测试）。

　　晶圆处理：是在硅晶圆上制作电子器件（如CMOS、电容、逻辑闸等）与电路，该过程极其复杂且投资极大，以微处理器为例，其制造工序可达数百道，所需加工设备先进且昂贵，动辄上千万美元一台。对制造环境无尘室（Clean-room）的要求极严苛，温度、湿度与含尘均需严格控制。尽管，各类产品的制造工序稍有不同，但基本工序一般是在晶圆清洗后，进行氧化及淀积，然后反复进行光刻、刻蚀、薄膜淀积及离子注入等工序，最后形成晶圆上的电路。

　　晶圆测试：是在晶圆完成后，在晶圆上进行的电测试。一般情形下，一片晶圆上只有一种产品。每个晶粒将会一一经过测试，不合格的晶粒被标上记号。然后，晶圆将以晶粒为单位切割成一粒粒独立的晶粒。

　　芯片封装：利用塑料或陶瓷包装晶粒与配线以成产品；目的是给制造出的电路加上保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。

　　1—定义双阱2—定义隔离浅沟槽3—定义栅极氧化层及栅极4—定义源、漏的浅结5—定义栅极氧化硅侧墙6—定义源、漏区7—定义源、漏合金区8—定义氧化层和源、漏连接金属层09—定义隔离层1和金属层0、1的连接10—定义金属层111—定义隔离层2和金属层1、2的连接12—定义隔离层3、金属层2和金属层2、3的连接13—定义隔离层4、5金属层3、4和它们的连接14—定义管脚引线及外层绝缘

　　芯片制造一般有六个重要步骤：一是光刻（Photolithography）；二是离子注入（Ion Implantation）；三是扩散（Diffusion）；四是薄膜淀积（Deposition）；五是刻蚀（Etch）；六是化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）。这六个步骤在芯片制造的过程中会被反复用到，把各种不同的器件制作在硅晶圆上，然后通过金属沉积把做好的器件连接成电路。

　　1. 光刻：光刻和传统的照相相似，先在晶圆上涂上光刻胶（Photo Resistor），然后曝光掩膜板（Mask），显影光刻胶（Develop），再刻蚀曝光过的区域。于是，晶圆上就留出了刻蚀或离子注入的区域。光刻工艺主要用于定义硅晶圆上的几何图案（见图14-3）。

　　2. 离子注入。离子注入就是把晶圆作为一个电极，在离子源和晶圆之间加上高电压，于是那些掺杂离子就会以极高的能量打入晶圆，在晶圆上形成N或P型区域。离子注入后必须对晶圆进行高温退火（Anneal）从而修复离子注入后晶圆的损伤。离子注入主要用于制造不同的半导体区域（N区或P区见下图）。

　　3. 扩散。扩散在芯片制造中有两个作用：一是在高温下激活或把杂质注入硅晶圆，二是产生氧化层，产生氧化层的温度为800～1050℃。

　　4. 薄膜淀积。薄膜淀积是把物质沉积在晶圆表面上。有化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相淀积（Physical Vapor Deposition，PVD）等方法。化学气相淀积是把几种气体注入硅晶圆之上，进行化学反应后物质淀积在晶圆上。物理气相淀积把一个个原子淀积在硅晶圆上，它是从固相到气相再到固相的过程。

　　6. 刻蚀。刻蚀是按照掩模图形或设计要求对半导体衬底（Substrate）表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离。刻蚀有湿刻蚀（Wet Etch）和等离子刻蚀（Plasma Etch）两种。湿刻蚀是把硅晶圆浸入某种化学溶液中，把要去掉的物质腐蚀掉。等离子刻蚀则是用高能等离子束把要去掉的物质打掉。

　　6. 化学机械研磨。为了使硅晶圆的表面在经过加工后仍然平坦，就要对加工后的硅晶圆表面进行研磨。

　　如果你想从事和芯片相关的工作，无论你是初入职场的新人，还是在校学生，亦或是仅仅从事某个方向设计的工程师，了解芯片设计的整个流程显得尤为重要。你可以根据自己的兴趣爱好，选择相应的岗位。让我们一起往下看...

　　从时间节点上看，一个芯片设计的基本流程包括：市场调研、项目需求、系统设计、前端设计、后端设计、封装测试。

　　调研市场上有无同类产品，竞品的优劣势。根据市场情况，定位本公司产品的用户群及产品的等级。产品的定位和本公司的研发技术能力、投入成本、目标用户群等因素相关。

　　用系统建模语言对各模块进行描述。系统包括硬件系统和我们常说的SOC系统。简单地说，SOC系统就是通过总线将各个master和各个slave建立联系，通过软件驱动整个系统动起来。

　　数字前端设计包括：SOC设计、IP设计、仿真验证、FPGA原型验证、综合和形式验证（有些公司放在中端或后端）。

　　SOC设计：需要掌握CPU核、总线（常用AMBA、NOC）、各种外设、DMA、cache等知识。需要把各个master和slave通过总线连接，通过简单地软件驱动起来，然后移交给FGPA和功能验证的同事。当然，还需要关注性能。

　　IP设计：就是各个功能模块的设计。这个要根据项目需求来定。比如，NPU、audio、video、ISP等。IP设计完成后，设计人员需要进行简单的功能验证、代码规范检查（lint）、跨时钟阈检查（cdc）、功耗优化（power）等。

　　仿真验证：这个主要由验证部门来完成对设计部门的RTL进行验证。设计人员需要提供设计文档。验证部门常用的验证方法学：VMM、UVM等。还需要进行后仿真，就是后端布局布线后的netlist和sdf文件，是芯片真实的情况，通过仿真可以检查是否有功能和时序问题。由于加入了sdf文件仿真很慢。

　　FPGA原型验证：功能模块设计完成后，可以挂在soc系统的总线上，通过软件驱动，验证其功能。常用的FPGA平台有altra和xilinx。

　　综合和形式验证：综合可以分为模块和chip级的，对于IP设计人员完成设计后，可以做下综合，检查一下设计是否满足时序和面积要求。形式验证是将综合前的RTL和综合后的netlist对比，检查是否一致，保证综合后的正确性。

　　DFT：是指在芯片的设计过程中，通过增加逻辑、替换元件以及增加引脚等方法，解决芯片的快速、有效和自动测试问题。主要检查生产过程中造成的缺陷，如灰尘造成的断路的问题。

　　功耗分析：通过spyglass 工具对设计模块进行功耗分析，粗略估计下功耗和可以优化的地方。功耗分析需要一段波形文件。

　　后端包括：CTS（时钟树综合）、P&R（布局布线）、STA（静态时序分析）、LVS（一致性验证）等。后端的主要目的就是将综合后的netlist布局布线成版图，并满足时序、DRC等的要求，产生gdsii文件送到工艺厂。

　　测试：将制作好的芯片进行点收测试，检验芯片是否可以正常工作，以确定每片晶圆的可靠度与良率，通常封装前要先测试，将不良的芯片去除，只封装好的芯片，封装后还需要测试，以明确封装过程是否有问题。