芯片在制造过程中，需要经历哪些复杂工艺？

#芯片在制造过程中，需要经历哪些复杂工艺？#芯片制造是当今世界最为复杂和精细的工艺过程。这是一个由众多顶尖企业共同完成的一个复杂过程。 芯片一般指芯片（Chip）或集成电路芯片（Integrated Circuit Chip），是一种由半导体材料制成的微小的电子器件。

通常来说，芯片就是集成电路（integrated circuit）。两者之间可以划等号，互相换用。通过特定技术，将晶体管、电阻、电容、二极管等电子元件集成在单一基板上，形成的一种微型电路，叫做集成电路。但如果这个基板，采用的是半导体材料（例如硅），或者说，集成电路由半导体材料晶圆制造而来，就属于半导体集成电路。

传统意义上说的集成电路，基本上都是指半导体集成电路，半导体、芯片、集成电路三个词，经常可以混用。大致可以分为以下几个关键阶段：

### 1. 晶圆制造（Wafer 7）

- 拉晶 (Crystal Pulling)：将多晶硅熔炼，并在惰性气体环境下，通过单晶硅“种子”缓慢旋转提取单晶硅锭，其直径由温度和提取速度控制。

- 晶圆切片 (Wafer Slicing)：使用精密锯将硅锭切割成薄片，即晶圆。

- 晶圆研磨、侵蚀 (Lapping, Etching)：通过机械研磨和化学蚀刻减少晶圆表面的损伤和裂纹，确保平整度。

- 硅片抛光、清洗 (Polishing, Cleaning)：采用化学机械抛光(CMP)进行抛光，然后通过一系列化学和物理清洗步骤，包括使用SC1、SC2溶液，去除杂质并生成新的自然氧化层。

### 2. 芯片前道工艺（Front-End of Line, FEOL）

- 前期准备：包括物料准备、设备检查等。

- 薄膜沉积：通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术形成薄膜。

- 光刻：将电路图案转移到光刻胶上，后续进行刻蚀以形成电路结构。

- 刻蚀：根据光刻胶的图案，精确去除薄膜，形成电路线条。

- 离子注入：调整半导体材料的导电类型，形成源极、漏极等。

- 清洗：每一步后进行，确保无杂质，维持工艺质量。

- 测量：在关键步骤中进行，确保工艺符合要求。

### 3. 后道工艺（Back-End of Line, BEOL）

- 互连：构建多层金属连线，连接不同的晶体管。

- 绝缘层沉积：在金属层之间添加绝缘层。

- 封装测试：将完成的晶圆切割成单独的芯片，封装保护，并进行功能测试。

### 4. 关键技术

- 晶圆制备技术：确保晶圆的高质量。

- 薄膜沉积技术：形成均匀、光滑的薄膜。

- 光刻技术：实现高精度的图案转移。

- 清洗技术：保持晶圆清洁，避免污染。

整个过程涉及数百甚至上千个步骤，需要高度精准的设备和严格的环境控制。从设计到最终产品的出炉，每一个环节都至关重要，任何微小的错误都可能导致整个批次的芯片失效。随着技术的进步，如7纳米及更小的制程，工艺的复杂性和对精度的要求更是达到了前所未有的高度。

深度调查：项立刚宣传的1纳米“芯片制造机”专利，是什么东西？

编者按：最近，网络流传有人发明了“1纳米芯片制造机”，还自称是重大原创。经核查，2023年7月公开的一份“1纳米芯片”相关专利申请基于对半导体蚀刻技术和设备错误的理解，凭空设计1纳米芯片打印蚀刻一体机。

项立刚：我看了1纳米芯片制造机的专利

近日，项立刚直播时宣传，7月2日时看到一个可以做1纳米芯片的专利。

Jim哥去核实了一下，果然有一份2022年1月申请的专利《制程精度直达终级1纳米 的打印兼刻蚀一体机》，这份专利申请公开日是2023年7月28日，目前进入实质审查阶段，并没有获得授权。

专利发明人我不认识，专利是这么说的：

“制程精度直达终级1纳米 的打印兼刻蚀一体机发明项目，就是综合当今已经技术成熟并普及应用的大尺度彩色图片喷墨打印机 和我国已经获得世界领先水平的刻蚀机的工作原理 来设计发明的。此发明能够跨过光刻机这头拦路虎，直接由电脑里的大尺度的CAD ……等格式的电路图中，通过每个扫描电路图上针孔状探头探测到的每个像素的光学图像信号，经光电信息转换后，传送到刻蚀机的等离子体喷头的喷射孔点阵中的每一个对应的等离子体喷射孔。 ”

简单来说，就是用CAD软件控制1纳米精度的蚀刻机喷头，沿着CAD的图纸进行走线式的打印！

专利的核心设计：

1纳米精度的单电子束等离子体喷射头！

怎么实现1纳米的精度呢？发明人说，我做一个锥形喷口，上面的直径D2是0.2毫米，喷口出口的直径是0.05毫米，我控制电子束的静电场，让其聚焦到电子半径，肯定就小于1纳米 ！

所谓的“1纳米芯片制造机”，其实就是一个类似“电子束光刻机”的概念

咦？我们先不看所谓的“1纳米”，单单这“发明”，怎么看着有点熟悉？

是不是有一个东西，叫做“电子束光刻机”，发明人没有看过？

“发明人”准备用CAD软件的图纸控制400个蚀刻机的400个等离子体喷射孔点阵系统 ，一次性完成400个芯片同步蚀刻工作！

实际上，目前的半导体制造工艺中的掩模版，就是通过电子束光刻技术，用类似的扫描技术制造的。

众所周知，ASML在2019年收购了快要破产的电子束光刻厂商Mapper，它的电子束光刻机就拥有13000个电子束头。当然，这种点阵的光刻系统，它本身就不具有大规模生产能力，所以目前只用来加工掩模版。

“1纳米芯片制造机”的本质错误！

如果这位发明人仅仅是基于类似于“电子束光刻”的概念，发展了独创的1纳米精度的蚀刻等离子体束，那也是一个非常顶尖的科学成果。

那么，发明人造出来了吗？

中微半导体的“5纳米蚀刻机”，本身是不具有空间分辨率的，它的原理是把光刻曝光的整个晶圆放在蚀刻腔体中进行蚀刻。所谓的“5纳米”，只是光刻的精度匹配的工艺。

因为蚀刻机工作过程，是整个晶圆在蚀刻腔中被同步蚀刻，所以也就不存在扫描式等离子体枪头的概念了！

而且，所谓的5纳米蚀刻机，指的本身就是5纳米工艺节点，它实际上对应的光刻分辨率也不是5纳米。

蚀刻不具有空间分辨率，光刻具有空间分辨率

所以，这位发明人称从中微半导体的商用蚀刻机出发，通过等离子体喷头实现“1纳米芯片制造机”的概念本身就是完全异想天开的 ！

“发明人”专利中号称这是“原创重大发明 ”，令人惊奇！

爱迪生类型的发明人？

我看了一下专利申请记录，这位“1纳米芯片制造机”的发明人，从2015年开始撰写发明申请，现在已经申请58个专利， 6个已经授权， 最早的申请的专利是“内置式叠层蒸炖炊具盒 ”， 最近申请的专利是“一种用于青少年脊柱侧弯的内固定装置及矫治系统 ”。

看来，这位“发明人”走的是爱迪生类型的职业路线。

既然这样，我们就安静等待这份专利申请的审查结果咯！

注：原文中，关于Mapper公司的电子束光刻的表述，错误的表述成“电子束蚀刻”，已经全部修正。

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