进入车间之前,罗平一行人按要求上交手机等个人物品,清洗双手后,赤脚进入更衣区。
穿上包裹全身的防静电服,防静电鞋,脸上带好口罩,头上戴的帽子要包裹住全部头发,穿戴好衣服后,双手还要二次清洗烘干,戴上手套经过防静电测试,经过高压风淋室除尘,通过双门互锁的气闸间,然后才能进入生产车间参观。
不只是他们这样,所有人进入无尘车间,都要严格遵循上述流程。
进入车间内,还要遵循严格的行为规范,减少奔跑和大声喧哗,尽量少说话,不能到处乱摸等等。
难怪要提前学习工艺流程,到里面后,就不方便大声解说了,主要靠自己看。
尽管都是无尘车间,还有不同的洁净度等级,要求也不完全一样。
前面的硅晶圆制备车间,要求ISo 6级洁净度;中间最关键的晶圆制造车间,要求ISo 4级洁净度,据说是最高洁净度等级,里面套一身洁净服不够,外面还要套一层连体无菌服,风淋室要清洁十五秒以上,人员进口与出口完全分开,要求更加严格。
晶圆制造是芯片生产过程中最复杂的环节,需要在前面制备的不足零点七毫米厚度,三百毫米直径的硅晶圆上面,建造出数十亿甚至数百亿个晶体管及互联线路,将复杂无比的电路设计图纸转化为实实在在的物理结构。
一块十二英寸的硅晶圆,去除掉必要损耗,理论上可以制造出九百九十一颗六十平方毫米面积的闪存芯片。
假如罗平要求的芯片也用同样大小的尺寸,前面车间看到的一根单晶硅棒切出来的一千五百片硅晶圆,只要良品率超过七成,就足够生产他们要求的一百万颗芯片,还绰绰有余了。
一枚芯片按照一百块计价,一片完整硅晶圆加工出来,价值就将近十万块,一根单晶硅棒的产值超过一点五亿。
当然,要把硅晶圆变成芯片,在晶圆制造车间要用众多高精尖的设备,在硅晶圆表面进行复杂的电路制造操作。
主要有氧化和薄膜沉积、光刻复印、电路刻蚀、离子注入四大步骤,每一个步骤又细分多道不同工序。
一般的芯片都要构建多层立体结构,最简单的也要分晶体管层、金属连线层、钝化保护层,上述四大步骤还要重复叠加进行操作,每一层要构建的电路结构当然也不相同。
逻辑芯片的结构比闪存芯片复杂很多,通常都有十几二十几层线路互联,每一层都要重复上面的步骤,这也是李新听到罗平的要求感觉为难的原因。
现有的芯片工厂闪存芯片和逻辑芯片泾渭分明,就像城市里的别墅区和商务区高层写字楼分开布置一样,都是为了降低芯片制造成本,提高制造效率。
罗平的芯片设计要求有违当前的主流规则,实在过于另类,相当于按照建造高层写字楼的成本建造两三层的别墅,实在太过奢靡浪费,如果不是林浅予开出的条件太过诱人,可能人家都懒得搭理他们。
晶圆上每一层电路建造工序完成后,晶圆表面经过多层沉积会变的凹凸不平,还要进行化学机械研磨,确保后续光刻操作的焦点精度,不同的电路结构还要采用不同的研磨材料,并不是简单的重复。
整块晶圆上面规划着数百颗同样构造的芯片,上面的电路建造工序结束后,还要对晶圆上面每一颗芯片进行测试,检测每颗芯片的电学性能,标记不合格品,避免后续封装阶段的无用功。
整个晶圆制造将近一百道细分工序,加工过程全靠设备进行操作,微米纳米级的尺度,不借助设备,人眼根本看不出来硅晶圆上面发生了什么改变。
车间里面不仅异常洁净,还异常的安静,每个人都包裹的严严实实,专注于自己的工作,他们这些参观者也不好意思大声说话,打扰人家正常工作。
参观完晶圆制造车间,接下来就是封装测试车间,这里的洁净度要求降低一些,和前面晶圆制备车间要求差不多。
封装测试车间主要是将晶圆上面的合格芯片切割下来,粘贴到封装基板上,用金属线将芯片的焊盘与封装基板的引脚进行键合连接,实现电学导通,然后用环氧树脂等材料包裹芯片和封装基板,保护芯片免受环境影响。
塑封完成后,多余的部分切除,把芯片引脚压成标准尺寸和形状,一颗标准芯片制作完成。
最后还要进行最终测试,检测芯片的工作频率、功耗、可靠性等等参数,合格产品表面刻印上芯片型号、生产批次等等信息,装入包装盒,送入仓库等待出厂。
下午几个小时,他们也只是把芯片制造过程简略的浏览了一遍,每道细节工序都了解,那一个月的时间都不够。
从石英岩采集到破碎筛选,两次提纯工艺,再到生长为硅晶棒,制备为标准尺寸硅晶圆,几十道工序的晶圆制造,十几道工序的测试封装,到最后变成一颗颗合格芯片,整个过程最少也要三四个月的漫长时间。
这样一座并不算顶级的芯片工厂设备投资高达百亿元,大多数核心设备和化学原料都需要进口,还需要大量相关专业的硕士、博士高学历人才参与其中,进行设备操作、流程监测、工艺提升等等工作,才能维持工厂正常生产。
制造过程中需要大量的超精密加工设备,需要极端洁净环境,涉及多个学科的尖端技术整合,任何一项条件不达标,都可能导致制造失败。
从工厂回到酒店后,罗平没有与其他人交流的欲望,把自己关到房间里面,回忆整个参观过程。
芯片制造的复杂程度远超他的想象,原先打算买一些关键设备自己研究的想法,现在感觉特别的不自量力。
机械手表的零件尽管尺寸很小,可是肉眼至少能看见,芯片的加工制作的精度在微米纳米尺度,远超人眼的识别能力,别说凭借手感了,就是把测量仪器放在那里,使用方法不对,都检测不出制造工序到底达不达标。
一百多道工序,任何一道做不到位,后面都是白忙活,更主要的是,每一道工序都需要消耗高昂的成本,不仅有物料成本,还有时间成本。
罗平感觉让他手搓一架飞机,都比手搓芯片更容易一些。
飞机至少看得见摸得着,芯片里面的电路建成什么模样,要完全借助设备,个人感觉找不到发挥的空间。
想要手搓芯片,除非他有传说中的仙家手段,能感应入微才行。
晚上,一向能快速入睡的罗平罕见的失眠了,脑中不断闪过下午听到、看到内容,躺在床上翻来覆去很久,直到后半夜才睡着。