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up:谈三圈（2021/8月内容）
芯片的制造流程、工艺、设备
面临困境：
国产芯片卡脖子的地方：制造芯片（制造过程中的一系列设备和和材料）包括但不限于：光刻机、光刻胶、薄膜沉积设备、离子注入机等等
用沙子制造芯片的基本流程：（sand to silicon the making of a chip）
目前主流芯片是硅基芯片，在地壳中含量高达26.3%，仅次于氧，硅和氧一起组成自然界随处可见的沙子（SiO2），再通过提纯和直拉法取出一根硅棒，对硅棒进行切割、研磨和抛光，得到硅片。
再送往晶圆厂，通过光刻和蚀刻，雕刻出晶体管的物理结构，并通过离子注入和覆膜等手段，赋予其电特性，电子器件及其对应的逻辑电路在不断重复的工序中成型，成为一张晶圆上的数百枚芯片。
最后切割分离并进行封装测试，
完成芯片的制造。
关于关键步骤和关键难点，再对比国内外的差距。
沙子的选用：不是河沙，硅含量更高的硅石，主要成分和沙子一样SiO2。
硅锭的制作：坩埚（矿热炉、电弧电炉），通常直径为12m,材质为石墨。
中间有两根三米长的石墨电极用来加热
石墨和钻石一样是碳的同素异形体，熔点高达3800摄氏度，膨胀系数很小。
在坩埚中放入约60吨左右的硅石+25吨的煤炭和木屑，在2000摄氏度的高温作用下，SiO2逐渐融化，并与碳元素产生化学反应----还原反应
主反应，次反应发生在炉底。
SiC：第三代半导体，功率元器件的高端奢侈品。
如果炉内SiO2的含量够高，SiC可以作为中间产物，
冶炼出的硅液经过冷凝得到相对纯洁的硅锭，98%-99%冶炼级工业硅，含有少量铁和铝等杂质
我国是工业硅产量最高的国家。
工业门类齐全。炼硅的成本有40%是电热炉消耗的电力，相对便宜的电价是我国产硅的有利条件。
对于半导体行业而言，99%的纯度远远不够，对于工业硅的提纯，业界主流的做法，借助氯化氢气体进行提纯，最早是西门子公司1955年开发出来的。-----Siemens-Verfahren（西门子法）
具体做法：将硅锭粉碎成渣，在325度的高温下，硅渣和HCl反应，生成目标产物的H2和三氯硅烷，这一步的杂质主要产生为SiHCl3,FeCl3,AlCl3,SiCl4等气体，
利用这些气体不同的沸点，利用冷凝器和蒸馏塔对温度进行控制，分理出沸点较低的SiHCl3气体，
接下来将高纯度的SiHCl3还原成固态硅，
在1100摄氏度的高温环境中，通入氢气，
其中只有硅是固态，在反应炉中会看到，黑色的硅慢慢生长出来。
一周的时间积累250公斤左右的硅棒，99.99999999999%
产生的磨砂款多晶硅，整体由众多不规则的小晶体构成，
这个阶段生产的多晶硅可以用于光伏行业，比如制作太阳能组件和电池板，
生产多晶硅最多的是我国，占比高达69.2%。稳居世界第一，国内的龙头厂商，比如保利协鑫、新特能源、通威、大全，在持续扩产，德国瓦克之类的丢盔弃甲。
芯片需要的是晶格均匀连续、电学性质稳定的单晶硅，把磨砂款的多晶硅棒变成镜面款单晶硅，
这一步主流做法采用Czochralski process(柴可拉斯基法)，又称为直拉法或者提拉法。（在溶液中拉出一根棒子）
在石英材质的坩埚中，加热融化上一步获得的高纯度多晶硅，石英的熔点约为1700摄氏度，硅的熔点1400摄氏度。
温度控制在略高于硅的熔点，将一小条晶种（细小的单晶硅作为种子）浸入硅溶液再缓慢向上，旋转提拉，被拉出的硅溶液因为温度梯度下降会凝固成固态硅。
而此时硅的粗细和质量取决于工作温度、旋转速度和提拉速度。一个细节：在传统工艺里，大棒顶端往往有一段直径几毫米的脖子。
在晶种刚接触溶液时，一位内热冲击使晶种发生高频次滑移位错，导致最开始的一段出现晶体缺陷，所以在刚开始时，先用高速提拉（6mm/min），拉出一段10mm左右的脖子，让错位现象趋缓，直至完全消失后再降低速度，开始拉大直径的硅棒，此时凝固的硅棒和晶种一样是光滑的单晶硅。
细脖子的存在限制单晶硅的重量（拉一半断掉很尴尬），直径8英寸的硅棒6m,12英寸的硅棒拉1米5.
其他制作单晶硅的方法有：浮带法（Floating-zone process）,又叫区域熔炼法，是在多晶硅棒上套上一个环形加热器，创造一个狭窄且可以平行移动的熔融区域，将硅棒分段熔融再凝固，
利用固相和液相的杂质差，实现单晶硅的精炼和纯化，不使用坩埚，避免提拉法中因为容器带去的杂质成分。
直拉法的好处是可以在坩埚中直接掺杂，加入硼磷等材料，生产出与纯硅电学性质不同的杂质半导体，掺杂是芯片生产中一道重要的工序。
切成薄片就是制作芯片的原材料，生产晶圆的硅片。这一步拉出来的硅棒会决定晶圆的尺寸。
硅棒直径和最大提拉速度之间的关系，可以利用溶液、硅棒、辐射热量，三者之间的热平衡进行推算。
以12英寸的晶圆尺寸为例，单个晶圆越大，造出的芯片就越多，分摊下来的成本就越低，工艺难度和设备费用会直线上升，8英寸的晶圆厂花费16亿美元，12寸的场子花费30-40亿美元，现在完成了从沙子里取出一根硅棒，切成硅片，准备开始芯片的前端生产，切片本省经过滚磨、倒角、精研、背面粗糙，化学机械抛光（CMP，Chemical-Mechanical Polishing）
这些技术的门槛逐渐升高，精细加工的要求逐渐变态，在这一阶段开始，我国的产能占比和自主化程度下降，芯片的国产之路迎来首个被卡脖子的环节。
硅片市场控制在5家公司手中，日本的信越化工和胜高集团，台湾地区的环球晶圆，德国的Siltronic （世创），韩国的SK Siltron,控制了90%扽硅片供应。
基础学科和制造业，芯片设计的兴趣，早日做出在国际市场有竞争力的芯片。
