“芯”潮澎湃 揭秘集成電路的“廬山真面目”

　　臺積電近日宣布將赴美設(shè) 3 納米廠，該消息使得業(yè)界嘩然!3 納米生產(chǎn)線對于集成電路的發(fā)展究竟有多重要?集成電路的“廬山真面目”到底是啥?

　　近日，臺灣媒體聯(lián)合新聞網(wǎng)的最新報道顯示，臺積電正計劃將赴美設(shè)廠列入選項，該廠將投資高達(dá) 1000 億人民幣的 3 納米制程生產(chǎn)線，目標(biāo)是五年之后的 2022 年實現(xiàn)量產(chǎn)。該新聞令臺灣政府與老百姓非常震動，同時也引起業(yè)內(nèi)關(guān)注，因為臺積電 3 納米選址非常關(guān)鍵，牽動后續(xù) 1 納米以下次納米發(fā)展的量子計算機，需要極先進(jìn)的材料、技術(shù)及設(shè)備，工研院 IEK 主任室計劃副組長楊瑞臨建議政府應(yīng)盡早邀集學(xué)界參與，全力留住臺積電在臺設(shè)廠，否則將讓半導(dǎo)體生態(tài)鏈斷層。

　　究竟“3 納米”為何物，區(qū)區(qū)一個選址就能引起如此之大的轟動!

　　3 納米指的是半導(dǎo)體的線寬，線寬越小，同樣面積芯片整合的晶體管數(shù)量更多，能耗更低，性能更加強大。幾乎所有的半導(dǎo)體制造廠，都在爭先恐后朝著更小的線寬邁進(jìn)。從Intel規(guī)劃的規(guī)劃圖來看，最遠(yuǎn)的也不過是 7nm 工藝。

　　▲Intel半導(dǎo)體線寬規(guī)劃圖

　　而臺積電 3 納米制程是摩爾定律(Moore's Law)下晶體管制程微縮的最后節(jié)點，且將是關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點，以銜接 1 納米制程和1納米以下的次納米新材料技術(shù)。臺積電3納米將牽涉布局量子電腦(quantum computer)，這個技術(shù)革命可能改變?nèi)虬雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)生態(tài)，如果真的實現(xiàn)，人類將在二十一世紀(jì)第三個十年進(jìn)入次納米時代，目前的超級電腦每秒運算能力是 30 萬億次每秒，人類的大腦是 50 萬億次每秒，量子電腦將達(dá)到 100 萬億次每秒，人類歷史將會因為量子電腦的出現(xiàn)，出現(xiàn)無法想象的改變。

　　▲量子電腦

　　所以集成電路真的是重要的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，究竟啥是集成電路?芯師爺給大家科普一下吧!

　　我們先以處理器為例，來看一下它的制造過程。

　　簡單地說，處理器的制造過程可以大致分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細(xì)致的過程。

　　沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而脫氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

　　硅熔煉：12英寸/300毫米晶圓級，下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。

　　單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999%。