不要只盯着光刻机，制造芯片所需的六大要素，缺一不可

说起集成电路，若干人会觉得陌生，但它的另一个名字“芯片”，确是妇孺皆知。自中美贸易战以来，华为海思的芯片设计实力被媒体推向聚光灯下，于此同时，我国落后的芯片制造能力让无数人发出“恨铁不成钢”的感慨。作为一个卡脖子的重要节点，光刻机这种生僻的物件，被无数人挂在嘴边。其实，要生产芯片，光刻机是远远不够的，它考验的是一个国家科学和工业技术的综合实力。下面将介绍制造芯片所需的六大要素，希望大家阅读以后，能够对这个行业有深入的认识，在看到相关新闻时，能多一个思考的角度。

图：工程师正在查看一颗芯片

生产集成电路的生产线或称为标准生产线，英文名Foundry，记住咯，这可是集成电路从业人员必备的专业名词，张口Foundry闭口Foundry，会显得你很专业，很Professional。建Foundry必须考虑净化间、超纯水、高纯气体、超净高纯试剂、高纯度的单晶材料和……对，有的同学已经脱口而出了，人才等要素。

• 净化间

我们知道，一颗芯片上安装有数亿颗晶体管以及它们之间的导线，加工工艺误差在几个纳米甚至更小，那么问题来了，制造过程中稍微有点点灰尘落在上面，这个片子就毁了。所以必须把车间打扫的干干净净，但仅靠拖把和扫帚是不行的，还要有专业技术，把车间打造成净化室。

净化室的污染源不仅有灰尘、毛发这些看得见的东西，还有微粒、金属离子、化学物质、细菌这些看不见的东西，这些污染源主要存在空气、厂房设备、净化室的工作人员、生产用水、化学溶液、化学气体等。污染源的存在直接影响器件工艺的良率、器件性能以及器件的可靠性。因此对这些污染源都要进行特殊的控制以满足净化室的要求。

图：复旦大学微电子学院超净间实验室

例如工作人员进入净化室前必须经过一系列的处理以提高清洁程度，要换上专用的净化服和鞋子，用头套包住头部。再例如，净化室里面的空气压强高于外界，这样如果室内外存在连通，那么只有里面的空气往外跑，没有外面空气往里进的事儿。

• 超纯水

各种清洗剂所用的有机溶剂和酸一般不是最纯的，它们对硅片有沾污（这里敲黑板，“沾污”也是一个专有名词，注意使用），清洗硅片的时候需要用到超纯水。

图：显微镜下的集成电路照片

超纯水有多纯呢？一般指所含的悬浮颗粒直径小于0.45μm，每毫升的细菌数在10个以内，25℃时电阻率为10MΩ·cm，可以理解为不导电。它是在惰性气体的保护下经过化学处理、蒸馏、膜滤及紫外线照射杀菌等方法处理后获得的，目前能制造出的超纯水纯度可达99.99999%。

顺便提一句，超纯水是有剧毒的，喝了可致人死亡，具体原理还请读者老爷们自己去查。

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• 高纯气体

集成电路上面的器件极小，不可能用刀子锤子或者电烙铁直接做在硅片上面，毕竟这么小的工具也做不出来呀。这些器件是通过气体与硅片发生化学反应“长在”硅片上的，需要什么材料就灌相关气体，在哪里发生化学反应则是由大名鼎鼎的光刻机说了算。

图：集成电路“生长”在晶圆上，需要切割下来使用

集成电路的整个生产过程需要30多种气体，如果气体中含有百万分之几的碳氢化合物或氧的杂质，就会在芯片上造成凹坑，如果气体中含有十亿分之几的重金属杂质，就是生成沉淀物 。随着超大规模和超高速集成电路技术（这些名词看上去有没有很炫酷呀）的出现，需要深亚微米和纳米电路结构，气体中的微量杂质造成的影响更加明显，最终的结果就是使产品良率下降。

• 超净高纯试剂

说完了气体再来看看液体。超净高纯试剂主要用于硅单晶片的清洗、光刻、腐蚀工序中，其纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能、可靠性都有着重要的影响。常用的高纯试剂有20多种，如高纯硫酸、高纯硝酸、高纯盐酸、高纯氢氟酸、高纯冰醋酸及各类有机溶剂（是不是很眼熟，回顾一下初中化学老师讲的知识点），它们的用途各不相同。

图：焊接在电路板上的集成电路

这些试剂通常是由低纯度的试剂或者工业品经过纯化精制而成，秉承古法，匠心营造，晒足一百八十天……不对，这是酱油……提纯的工艺包括选料、提纯、过滤、分装、存储等重要环节，每个环节都令化学专业学生头大，都是一个国家化工行业最高水平的体现。

• 高纯度的单晶材料

上面讲的都是生产过程中的添加料，集成电路的基础是晶圆，也就是硅片，添加料的纯度要求那么高，作为基础的晶圆，纯度要求就更高了。为了得到高纯硅，除了生产设备要干干净净外，一个简单有效的方法就是：洗。对，就是用高纯水反复清洗硅片，清洗的洁净度直接影响集成度、可靠性、成品率，整个过程又涉及高净化的环境、水、化学试剂和相应的设备及配套工艺。

• 人才

21世纪最重要的资源是什么，人才。

前文所讲的一条又一条要素，归根结底是要人来实现，设计师画图、工程师搬砖、程序员掉头发，人才需求及培养已成为业界人士共同关注的话题。你不知道的是，越来越多的境外集成电路产业界技术及管理人才涌入我国，在各个IC企业中占据重要岗位。

集成电路从业者需要扎实的理论基础和多年工作经验积累，才能独挡一面。一般情况下，本科毕业很难从事设计研发工作，一般在销售、技术支持等岗位，或者转行做电路板设计、程序设计，硕士毕业才能掌握基本的入门技能。

总结一下，集成电路是个极精细的东西，生产集成电路的各个要素，最重要的特点就是纯，就连从业者也要求知识纯正、技术纯正，做工程容不得半点马虎。本文写的还是略显粗糙，还请各路大神指导。