走进粤芯半导体 理解小芯片背后的大年夜家当

粤芯半导体园区航拍图

12英寸晶圆

集成电路，又称芯片，是绝大多数电子设备的核心组成部分，被誉为“工业粮食”。
它不仅在智好手机、电视机、打算机、汽车等电子设备方面得到广泛的运用，在军事、通信、遥控等方面也不可或缺，对5G、人工智能、物联网、自动驾驶等都是必不可少的根本。

然而，芯片制造又是天下上最为繁芜的制造业。
以采取了20纳米工艺的苹果A8手机芯片为例，其在不敷指甲盖大小的空间里，包含了20亿个晶体管构造，内部犹如一座超级城市。
以是芯片被业界称为“集人类超风雅加工技能之大成”。

一个小小的芯片，是如何出身的呢？在广州市黄埔区中新知识城，有一家芯片制造企业——广州粤芯半导体技能有限公司，拥有广州第一条12英寸芯片生产线，也是广东省及粤港澳大湾区目前唯一进入量产的12英寸芯片生产平台。
昨日，采访了粤芯半导体市场及营销副总裁李海明博士。

芯片制造“点沙成金”五步走

1.打造地基——晶圆

硅是芯片最主要的根本材料，是地球上第二丰富的资源，但更多以二氧化硅，也便是沙子的形态储存在地球上。
制造芯片，首先要从二氧化硅提炼出高纯度的硅晶体，制成硅锭，再切割成薄脆的圆盘形状，抛光后形成晶圆，这相称于芯片的“地基”。

李海明说，12英寸晶圆是指晶圆的直径为12英寸，其他常见的晶圆尺寸，还有8英寸和6英寸。
“晶圆尺寸越大，在同一个圆片上生产切割的芯片就越多，但同时对材料技能和生产技能的哀求也会更高。
目前粤芯半导体紧张生产12英寸晶圆。
”

芯片便是以晶圆为“地基”，在上面“建屋子”，把所需的电路和器件“建”在硅片上。
“比如说，我们可以在上面沉积一层金属薄膜，再把这层薄膜刻出图形，留下一个金属连线的图案，也便是我们须要的电路。
而在这层图形上面还可以再做另一层，每层之间还可以做出互联。
”中国科协首席科学传播专家张宇识说。

2.光刻

由于芯片内的间隔以纳米为单位，在这么小的范围内布一根根超细的电线是不现实的，以是芯片制造须要用到光刻工艺。

首先，在晶圆上涂一层分外的光刻胶，再将包含数十亿个电路元件的芯片蓝图制作成掩膜，利用光的投影将缩小版的掩膜投影到晶圆的光刻胶膜上。
光刻胶膜发生光化学反应，被光照的地方变得可溶于水，经由显影洗濯后留下的图案与掩膜上同等。
再用特制的化学药水蚀刻暴露出来的晶圆，蚀刻完成后，打消所有光刻胶，便得到纵横交错的电路沟槽。

3.掺杂

所谓掺杂，是通过离子注入，授予硅晶体管的特性。
为了改变某些区域的导电性，覆盖着光刻胶的晶圆经由离子束（带正电荷或负电荷的原子）轰击后，未被光刻胶覆盖的部分嵌入了杂质（高速离子冲进未被光刻胶覆盖的硅的表面），硅里进入了杂质，便会改变某些区域硅的导电性。

4.薄膜沉积

通过化学或者物理气相金属沉积，再重复光刻和蚀刻工艺，进行金属连接。
一个正常运作的芯片须要连接数以百万计的传导线路，包含几十层构造，每层构造的形成，都离不开光刻和蚀刻。
平面上看，像密集交织的高速公路；立体上看，像是拥有许多房间、楼宇的“超级城市”。

5.封装与测试

封装环节，即把裸片放在一块起到承载浸染的基板上，把管脚引出来，然后固定包装成为一个整体。
封装后测试，即对已制造完成的芯片进行构造及电气功能的确认，以担保芯片符合系统的需求。

国产芯片须要补哪些短板

EDA、IP和设计做事

从上述制造工艺开始看出，掩膜，即芯片蓝图的繁芜程度，是决定芯片性能的关键。

个中，在芯片设计领域，有一家不得不提的“图纸”供应商——英国ARM公司。
它是环球领先的半导体知识产权（IP）供应商，全天下超过95%的智好手机和平板电脑都采取ARM架构，包括苹果、华为。

根据自身产品的性能需求，在“图纸”上进行进一步改造，须要用到专门的设计软件，统称为EDA软件。
在EDA软件环球市场中，德国以及美国技能领先。
EDA、IP和设计做事，是全体芯片家当的技能源头，也是中国芯片家当构造中最为薄弱的环节。

极紫外线光刻机

制造芯片须要大量精细的光学技能、材料技能以及精密的加工技能。
个中的高精度光刻机，更是全体芯片家当的命门之所在。
目前，环球仅有极少数的光刻机设备厂商能够研制出高端光刻机，而荷兰的ASML则拥有环球晶圆厂光刻机设备高达八成的市场份额。

该公司最前辈的EUV（极紫外线）光刻机已经能够制造7纳米以下制程的芯片。
在这台光刻机中，每秒在真空环境中，从底部容器流出5万滴融化的锡液，激光束照射每一滴液体产生等离子体，从而开释出更短的波长，产生极紫外线，通过超高精度的反射镜勾引光芒。
这台光刻机也被称为当代工业的皇冠，是地球上最精密的仪器之一。

去年国产芯片产量达2018亿块

过去几年，国产芯片产量大增。
以2019年数据为例，国产芯片产量达到2018亿块，同比增长16%，不过在核心芯片方面自给率仍旧很低，不敷3%。

“我们和国外领先企业比较，比如英特尔、三星，大概有2-3个世代以上的差异。
”李海明坦言，目前粤芯50%以上的原材料晶圆这天本供应的，薄膜、刻蚀、扩散等生产设备的制造技能险些都节制在国外厂商手里。

大湾区是芯片需求高地

广东是中国紧张的集成电路元器件市场和主要的电子整机生产基地，霸占60%以上的集成电路市场需求。

“粤港澳大湾区最大的上风是，在这里能找到不同等级的电子产品。
从广州到东莞再到深圳，这一带是中国主要的消费型电子产品制造发源地。
珠江另一岸，从广州到佛山、中山到珠海，这一带又是中国非常主要的大中型家电生产基地。
以是，粤港澳大湾区是所有电子行业企业都能够找到贴近市场、又找到后端运用资源的地方。
”李海明说。

2018年底，广州市出台《加快发展集成电路家当的多少方法》，明确将集成电路作为广州市家当发展计策重点。
广州拥有泰斗微电子、润芯、硅芯、新岸线、昂宝、安凯等一批集成电路设计企业，以及兴森快捷、安捷利、风华芯电、新星微电子等一批封装测试企业，粤芯项目更是补充芯片制造空缺。

粤芯半导体逆势增资

疫情是否对粤芯的生产造成影响？李海明表示，2020年第一季度，粤芯半导体在受到新冠肺炎疫情影响的情形下，逾额完成了估量生产出货目标——首季产出赶过预期25%。

今年2月，粤芯半导体二期项目成功扩产签约，新增投资65亿元。
粤芯半导体逆势增资扩产为发展按下“启动键”的同时，也摁下“加速键”，朝着开释产能、知足粤港澳大湾区芯片市场需求的方向加速。
文、图/广州日报全媒体方晴

来源：广州日报