芯片主要由什么物质组成？

　　芯片是半导体元件产品的总称，也称为集成电路、微电路和晶片。它是人类进入智能社会后不可或缺的一块小型集成电路板。芯片的设计和制造是一个极其复杂的过程。即使在21世纪，也只有少数国家能够独立完成芯片的设计和生产。因为制造芯片不仅需要理论技术，还需要制造芯片的原材料!那么芯片主要是由什么物质组成的呢?

芯片组成

　　芯片的种类有很多种，如果按照产品划分的话可以分为两大类，分别是手机芯片和计算机芯片。两种芯片的物质组成大致相同，只是在结构上有些许差别。

　　计算机芯片包括电阻，电容，元件。计算机芯片实际上就是一种电子部件，在一块计算机芯片里，含有成千上万的电阻、电容和其它小部件。计算机中有许多芯片，存储器条上一块儿黑条就是芯片，主板、硬盘、显卡等等都有许多芯片， CPU也是一台电脑芯片，不过他比普通电脑芯片要复杂得多。

　　移动电话芯片一般指应用于移动电话通信功能的芯片，包括基带、处理器、协处理器、 RF、触摸屏控制芯片、记忆卡、无线 IC及电源管理 IC等。IC的一种分类手机芯片，是一种将许多电子元件集合在一起，以实现某一特定功能的硅片。电子设备是电子设备的重要组成部分，起到操作、储存作用。

　　手机和计算机的芯片原料都是晶片，芯片的成分是硅，硅是从石英砂中提取出来的。一块芯片由数百条微型电路板连接起来，体积非常小，充满了能产生脉冲电流的微电路。芯片内的大部分是半导体材料，大多数是硅基材料，里面的二极管、电容、电阻等等都是半导体做的。一种半导体是一种介于像铜这样易流过的导体与不能通电的橡胶一样的绝缘体之间的材料。用单晶硅片作为基底，再用光刻、掺杂、 CMP等工艺制成 MOSFET、 BJT等元件，再用薄膜及 CMP技术制成导线，即可完成芯片制造。

　　值得注意的是，晶片原料硅是原子晶体，不溶于水或盐酸，表面有金属光泽。晶片中含有硅，而晶片中所含硅的主要原料为硅片，将硅片制成晶片，再加入离子变成半导体后，便可制成晶片，在地球上，硅的储存量仅次于氧，主要表现为沙子由二氧化硅构成，所以硅还是最适合芯片制造的原料。不过地球上虽然有大量的硅储藏，但把硅从沙中提取出来的全过程要求极其精确，而且技术含量也很高。要制作芯片，首先要掌握行业内最顶尖的硅提取技术，芯片需要生产出高纯度的单晶硅，其纯度要比24 k纯金还要纯。这一步就能让众多人望而却步，可以想象一块芯片的制造有多困难。

引用：芯片主要由什么物质组成?-深圳宇凡微

芯片的原材料居然是沙子，那么沙子是如何变成芯片的呢？

芯片在我们生活中有多重要呢？小到无线耳机、智能手机，大到汽车火车、飞机轮船，再到冰箱、电视、洗衣机等等都离不开芯片。

可以说，芯片已经是我们生活中不可或缺的电子元器件了。但是你能想想这么一款精密器件，它居然是由沙子制成的吗？

第一步，硅提炼及提纯

芯片是由单质硅制成的，但自然界中并没有天然的单质硅，大都以硅的氧化物（二氧化硅、SiO2）形态存在，二氧化硅恰好是沙子的主要成分。

芯片所使用的沙子并非我们日常在海滩、河道、建筑工地等所见的那种，因为这种沙子含有红色、黄色、橙色的杂质，提纯难度更大。

芯片使用的沙子叫硅砂，这种沙子几乎没有其他的杂质，就是纯净的二氧化硅。那么如何把二氧化硅变成单质硅呢？

工业上经常用碳在高温下还原二氧化硅，然后制得含有少量杂质的粗贵。

化学式：SiO2+2C==高温==Si+2CO↑

我们将二氧化硅和碳充分混合，然后放入电弧炉中，加热到2000℃以上，在高温下，碳会与二氧化硅发生反应，炉膛底部会留下单质硅，而CO变为气体排出。

之后再用氧气对硅进行处理，把钙、铝等杂质去除，得到纯度为99%的单质硅。这个纯度远达不到制造芯片的标准。

为了进一步提纯单质硅，我们需要将其研磨成粉状，然后加入氯化氢，放入流化床反应器中，加热到300℃让其充分反应，生成三氯硅烷，同时去除铁、硼、磷等杂质。

三氯硅烷继续加热到1000℃，然后与氢气反应，最终形成纯度为99.999999%的单质硅 ，这个级别的硅就可以用来制造芯片了。

但此时的单质硅只能算多晶硅，由数量众多的小晶体或者微晶构成，这些小晶体之间的连接处有晶界，晶界会导致电子信号混乱，因此必须更改硅的结构，使其变成单晶硅。

第二步单晶硅生长

多晶硅变单晶硅的过程叫做直拉单晶技术，又称长晶 。它的工艺流程为：熔化一→缩颈生长一→放肩生长一→等径生长一→尾部生长。

熔化：简单来说就是将多晶硅加入石英锅内，加热到熔点以上（1420℃），整个工程不能接触空气，因此长晶炉一般都是抽成真空，然后加入氩气。

缩颈生长：将微小的晶粒放入熔化的硅熔体中，因为温度差导致接触面产生热应力，形成位错，此时快速提升，使长出的籽晶直径减小到46mm左右。

而放肩生长就是将晶体的直径放大至所需的尺寸，该过程需要注意降温、减小拉速。

等径生产，就是保持晶体直径不变，持续拉长的过程。

尾部生长与放肩生长过程相反，当直径缩小至一个点时，晶棒就会与硅熔体分离。整个长晶过程结束。多晶硅也就变成了单晶硅棒，也就是我们常说的硅锭。

目前硅锭的直径大都为150mm、300mm、450mm三种，用于制造8英寸、12英寸的晶圆。

第三步制成晶圆

硅晶棒是无法直接进行刻蚀的，它需要经过切断、滚磨、切片、倒角、抛光、激光刻 等程序后，才能成为芯片制造的基本材料——“晶圆” 。

晶圆的切片方法有传统的机械切割（划片）和激光切割（切片） 。

机械切割是直接将钻石锯片作用在晶圆表面，产生应力，使其分割。切割宽度一般为25－35μm之间，速度为8－10mm／s，切割慢，不同规格需要不同的刀具。

此外，机械切割容易造成晶圆崩边、破损等现象。

而旋转砂轮式切割虽然可以降低晶圆破损，但需要去离子水冷却，又导致成本较高。于是发明了新型激光切割。

激光切割不会产生机械应力，大大地保证了晶圆的质量。

此外激光的精确度更高，可以达到亚微米级别，非常适合精密加工，在强大的脉冲能量下，硅材料直接汽化产生均匀的沟道，实现切割。

激光切割速度更快，且不需要冷却水，更不会出现磨损刀具的问题，可以24小时不间断作业。

激光对晶圆有更好的兼容性和通用性。

切割后的晶圆再通过氧化、化学气相沉积等方法进行镀膜，使表面形成一层SiO2薄膜，并在SiO2薄膜中进行N型、P型掺杂。

是不是很多网友认为晶圆就像一张DVD光盘，其实并非如此，晶圆不是标准的圆形， 一般都会切出一个边，当作类似三角形的“底”，成为“有底的圆”。

芯片制造

芯片制造是最复杂的工艺，仅仅简单地走一遍流程就需要20多道，而真正的要制造一款手机芯片，需要几百道，甚至是几千道工序。

这里只讲一讲主要的工序。

芯片制造的主要流程为：清洗、预烘、涂胶、前烘、对准、曝光、显影、竖膜、刻蚀、去胶。

1、清洗

清洗的目的就是去除金属离子，确保晶圆无污染、无针孔、无缺陷。具体步骤如下：

1、使用强氧化剂清洗液，使晶圆表面的金属离子溶解在清洗液中；

2、用H+去除残留在晶圆表面的金属离子；

3、用去离子水清洗晶圆，彻底排除清洗液。

2、预烘

晶圆清洗完毕后，要进行烘干，确保无残留的清洗液，更有利于底胶的涂覆，并把晶圆温度保持在80℃左右。

3、涂底胶

为了增强光刻胶与晶圆的粘附性，需要涂一层底胶，底胶涂覆的时候需要环境温度保持在100℃左右。

4、光刻胶涂覆

光刻胶是感光树脂、增感剂和溶剂组成的混合液体，被紫外光、电子束、X射线照射后，溶解度会发生变化。

方法：晶圆在1000℃的高温中进行氧化，然后用涂胶机将光刻胶均匀地涂在晶圆表面。

5、前烘

前烘的目的是将光刻胶的溶剂蒸发掉，使光刻胶均匀地粘附在晶圆表面，而且烘干后的光刻胶涂层更薄。

6、对准

对准操作时，对精度要求极高，这绝对是对技术和设备的重大考验。

要求对准精度为最细的线宽1/10左右，同时精度随着芯片的制程变化。例如：5nm工艺的芯片对准精度就达到了1nm。

7、曝光

曝光就类似于照相机按快门，当紫外光对涂有光刻胶的晶圆照射时，光刻胶就发生了化学反应。

正胶曝光部分在显影液中被溶解，没有曝光的胶层留下；负胶的曝光部分在显影液中不溶解，而没有曝光的胶层却被溶解掉。

8、显影

被曝光后的晶圆放入显影液中，感光区的光刻胶就会溶解，这一步完成后，晶圆上的电路图就显现出来了。

9、竖模

显影工序后，形成了无光刻胶的显性图形和有光刻胶的隐性图形，这个图形组合可以作为下一步的模版。

10、刻蚀

刻蚀可以选择性地移除晶圆上的特定部分，并对边缘轮廓修整或表面清洁等。刻蚀工艺主要有两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。

刻蚀对于器件的电学性能十分重要。如果刻蚀过程中出现失误，将造成难以恢复的硅片报废。

11、去胶

以上工艺全部结束后，要把光刻胶去除，采用等离子、特殊溶剂、等方法。

这仅仅是一次操作，实际上制造芯片时，需要不断地重复以上操作 。每加入一个层级就要进行一次光刻，最终形成一个多层的立体结构型的芯片。

为了防止芯片的刮损，同时更方面的与其它元器件连接，还要对芯片进行封装。

最后封装

手机芯片制造完成后，只有指甲盖大小，并且非常薄，稍有不慎就会刮伤损坏，导致前面做的一系列工作化为乌有。

而芯片封装就是给芯片安装一个外壳，可以有效地固定、保护、密封、连接芯片。

芯片封装后的金属接脚简直就是与外界沟通的桥梁，这些桥梁将芯片与电路板有效的连接起来，让芯片更安全、高效的发挥作用。

封装流程主要有： 划片、装片、键合、塑封、去飞边、电镀、打印、切筋成型。

常见的封装方式有两种： DIP 封装、 BGA 封装

DIP 封装：

DIP封装即双排直立式封装，采用此封装的 IC 芯片在双排脚下，看起来会像条黑色蜈蚣，让人印象深刻，此封装法为最早采用的 IC 封装技术。

优点：成本低廉、适合小型且不需要接太多线的芯片。

缺点：散热效果较差，无法满足现行高速芯片的要求。

BGA 封装：

以金线将芯片接到金属接脚，

优点：体积小、容纳更多的接脚；

缺点：工艺复杂、成本较高。

封装完成后，再进行功能、电气、安全、环境、机械等方面的测试，就大功告成了。

写到最后

沙子变为高端芯片是一个极其复杂而精密的过程，目前没有任何一个国家可以单独完成这项任务。

这项过程不仅需要大量的专业技术，也需要很多精密的设备，和性能不同的化学试剂。这对每个国家都是考验。

我国在该领域起步晚，底子薄，但发展速度非常快，相信假以时日，在科研人员的努力下定能独立打造出高端芯片。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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