第188章 点亮自主芯
PS：前小半部分主要讲芯片制造过程。所以介意的人可以咕咕……毕竟大家挣钱都不容易！后面大部分则是芯片被制造出来之后余子贤等人成就感。本来芯片制造不想写这么详细，但是作为一本写芯片工业的书，不写总感觉缺了点什么，所以应该不能算水（狗头保命~.~以后制造部分就不这么写了）。
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从生产线通电投运的刹那，硅就开始了它从硅锭到芯片的第二段旅程。
其实整个芯片的制造过程，可以看成是硅从沙子到芯片的奇妙旅程。
因为芯片的原料是硅，也就是类似砂子的材质。
半导体原材料粗硅的纯度是98%，但是芯片对硅晶圆纯度的要求却高达99.9999999%！也就是杂质的比重不能超过十亿分之一。
作为比较，我们常说的万足金（9999黄金）纯度也“才只有”99.99%。
将石英砂转化成粗硅，并“提炼”成高纯度多晶硅，然后在融熔态的多晶硅中放入晶种，旋转拉出圆柱形的单晶硅棒（原理和棉花糖的变大的过程没有什么本质的区别，只是工艺控制天差地别）。
晶胚再经过研磨、抛光、切片等程序，切割成一片一片薄薄的晶圆。而切割出来的晶圆直径则决定了这些晶圆需要应用与之匹配的晶圆厂去。一般我们说的几寸的晶圆厂，就指的是硅晶圆的直径。
晶圆面积越大，在制造同一工艺标准的芯片时，可以切出越多的芯片，也就代表著这座晶圆厂的技术约好。
而目前晶圆尺寸已经经过了2英寸（50mm）到3英寸(76mm)、4英寸(101mm，通常称为100mm晶圆)、6英寸（150mm）的技术发展，甚至8英寸（200mm）的技术也在实验室条件下实现工艺贯通。
1991年的当前，已经实现商业化生产的当属6英寸晶圆（1989年开始商业化），而更为先进的8英寸工艺还在实验室，按照历史发展，要到明年才会投入商业生产运行。
目前香积电的4英寸晶圆工艺，是发展于八十年代初的工艺，此时已经有些落后。但是，在余子贤的能力范围之内，这是能够搞到的最先进的工艺了。
与“大晶圆”不同，晶体管与导线的尺寸缩小也就是线宽则是越小越好，也就是俗称的“小线程”。随着芯片技术的进步，电路线宽越来越小，直达微米以下纳米级数。
“大晶圆”和“小线程”这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。
是不是感觉很复杂？但到这一步，还不够刻印半个电路！
不过，像香积电这样的芯片制造厂，只需要负责“小线程”就行了。因为“大晶圆”一般直接由曰本信越、美国应用材料等公司直接垄断供应。
你只需要按照自己生产线对应的晶圆尺寸想这些晶圆材料供应厂家下单就行了，他们会送货上门。
取得晶圆之后，在它上面镀一层导电薄膜，再涂布一层感光剂。然后，将电路底片放在上面，并进行曝光，电路部分进行显影反应。随后，用化学试剂冲掉没有反应的感光层，便能够在晶圆导电薄膜蚀刻出一条条电路。
电路底片，业内称为掩模板（俗称光罩）；当然，芯片电路复杂，可能包含数以千万计的晶体管，即使把掩模板造成一张桌子那么大，再缩影到小小的芯片上，单单一个掩模板也亦未必能一次投影好。因此，加工过程中要将电路设计分成多个掩模板，重复上面的流程，直至蚀刻完成为止。
而这光刻程序中其中用到合成甲酚醛树脂、合成感光（层）剂、配胶等等都是光刻胶的三大成分。
光刻完成之后就是离子注入。在硅晶圆制造过程中不同位置加入不同的杂质，不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管——芯片的最小单元晶体管！逻辑处理器芯片就是几百万、几千万甚至上亿个这样的多层晶体管像建楼房一样有组织的叠放起来组成的。
当然在光刻过程中形成的形状，也会有许多其实不是我们需要的，而是为了离子注入而蚀刻的。蚀刻就要用等离子体把他们洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构，这一步进行蚀刻。
可是完成之后，就需要多芯片就行清洗，当然不是用水或者什么东西清洗，而是等离子冲洗(用较弱的等离子束轰击整个芯片)——这就是等离子冲洗工序。
之后就是热处理。通过快速热退火（就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上，然后慢慢地冷却下来，为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化）、热氧化(制造出二氧化硅，也即场效应管的栅极门）等完成晶体管的固化。
接着通过化学气相淀积(CVD)进一步精细处理表面的各种物质、物理气相淀积(PVD)等工序给敏感部件加涂层。
最后再经过电镀处理、化学/机械表面处理、裸晶（或者晶粒）测试、晶圆打磨分割就可以出厂封装了。
整个芯片制造过程中，光刻工序是时间和成本占比超过30%的最关键流程。
香积电巨大的洁净厂房生产区域内，各分区人员各司其职，紧张的盯着自己设备的操作界面和监控界面。
此时，距离第一批芯片生产已经接近尾声了……已经开始进行晶圆（裸晶或者晶粒）的测试了。
晶圆的半导体测试工艺属于半导体产业的关键领域，半导体测试包括CP（Circuit Probe电路探测）测试，CP测试也称晶圆测试(wafer test)，是半导体器件后道封装测试的第一步，目的是将晶圆中的不良芯片挑选出来。
通常，在晶圆测试步骤中，就需要对所述芯片进行电性测试，以确保在封装之前，晶圆上的芯片是合格产品，所以晶圆测试是芯片生产良率统计的关键数据之一。
在晶圆测试分区，余子贤和曹飞，鹿岛智树、包括李斯特等人都在焦急的等待着第一片晶圆上合格芯片的数据统计。
而在检测台上，蔡俊杰亲自操刀，逐一测试晶圆上的每一粒裸晶的特性……
余子贤都有点急不可耐了！这都一个多小时了，怎么一片晶圆还没有测试完成！？
4英寸晶圆的直径按100毫米算，一片芯片面积按100平方毫米计算，那么一片晶圆可制造出的芯片也不超过80块。当然如果这是按照3微米工艺制程的6502XJ91来计算的，如果按照下一步即将试产的工艺制程更为先进的1.2微米工艺制程芯片来计算，每一块芯片上的晶体管更多，但是芯片的面积却越小！所以刻蚀得到的裸晶会更多。
所以，按理说这不到80块的晶粒检测也用不了这么长时间啊？别出什么意外啊？不会是没有一块合格的吧？
余子贤等的时间越长，心里者越没底。可是在这关键的时刻，余子贤也不管贸然打断蔡俊杰的工作！
在一旁等待着的曹飞看看余子贤焦急的晃来晃去，也是垫着脚的望向玻璃窗内的蔡俊杰！
这个时候的曹飞已经被余子贤升任香积电总经理职务了。之前的两个老前辈，已经正是退休了。
“老板，要不我进去看看吧……”曹飞也是按捺不住自己焦急等待的心情。
“呼……”余子贤深深的吸了一口气，看了看正在忙碌着的试验室人员，最后还是叹了口气：“再等等，等一刻钟，如果还是不能……我再进去看看！”
曹飞看着玻璃幕墙之内的蔡俊杰，点了点头。
在焦急地等待中，十五分钟过去的说慢也快。可是蔡俊杰也就没有出来！
曹飞看了余子贤一眼，余子贤轻轻的点了点头，然后曹飞就再次检查并整理自己身上的洁净服……
就在曹飞通过空气循环洁净区，正准备跨入检测区的时候，余子贤却见蔡俊杰停下了手里的活……头朝向助手，似乎在说着什么。紧接着，就将十块还未封装的芯片用专用盒包装好之后，向出口走了过来。
余子贤连忙走向出口。
“蔡主任，怎么样？”余子贤一脸紧张的道，就怕蔡俊杰说出一个让他痛不欲生的数字来——零或者1！
“余总，简直让人太吃惊了……第一块晶圆测试良率居然达到了49%！”
“50%？居然这么高，可是怎么可能？不是一般的都在30%以下，10%或者个位数的良率也很常见，甚至出现零也不是没有可能啊！”
“不过，这50%也太爽了！”余子贤扬了扬手兴奋的说道！
“就是，我也是感觉非常诧异和兴奋，我都开始怀疑自己是不是操作失误，统计错误了……于是我又检测了一片晶圆！”
“怎么样？”
“只是这一次更高，良率居然达到了56%！”
这一次不仅是余子贤意外了，就是旁边的鹿岛智树也是一脸差异的样子！
“更高？”在场的李斯特疑惑的问道。
蔡俊杰看大家依旧一副难以置信的样子，接着说道：“后来，我为了第三次说服自己，于是我又检测了一片……”
好家伙，蔡俊杰这家伙在里面这是一个劲的跟自己较劲了！还说一个多小时了从检测区不出来，让外面的大家一阵号等！
就算是你给外面递个消息也行啊，搞得大家都紧张异常，那么长时间没有动静，还以为出了什么意外呢！
不过此时，大家暂时还不顾上埋怨蔡俊杰，都想知道这第三片晶圆的晶粒检测良率。
“多少？”余子贤看蔡俊杰一副欲言又止的样子，没好气的问道！
“你们可以猜猜……”蔡俊杰居然变得一副贱嗖嗖的样子。
“好你个蔡俊杰，你居然开始卖我们这么多人的关子，你小心我们忍不住揍你！”
“你们猜啊？放心猜……”
余子贤一听蔡俊杰开始卖起了关子，也就放心了，看来这良率是稳住了，至少在49%以上，于是撅了噘嘴超蔡俊杰说道：“你爱说不说，反正我知道是在49%以上就行了……”
“到底多少？蔡博士，你再不说可别怪我扣了你这个月的奖金，到时候估计老板也不会说什么不同意的话！”一旁的曹飞气的笑骂道。
“第三块……良率我看看，好像是19%！”
“什么……蔡俊杰，真的么假的？一下子差距怎么这么大？”余子贤首先受不了了，会头问道。
“蔡俊杰，你没有搞错吧？”曹飞严肃的说道。
“哦，等等，我看看啊！我再确认下，好像我也记得第三个数据不是这个来着……”蔡俊杰拿着手里的几张纸，再次检查了起来……
等了几秒钟之后，才一拍脑袋说道：“啊！刚才将手写纸拿倒看错了，将61%看成了19%！”
“卧槽，蔡俊杰你币没了……”余子贤大怒！
“好你个蔡俊杰，你还真是玩我们啊！”你这个月的奖金没了！曹飞跟上。
……
之前紧张的等待，经过蔡俊杰这么一闹，大家都一下子放松了。
再说得到的数据良率大大超出大家的预料，三片晶圆板，第一次试产，芯片良率在55%左右——这是香积电人和参与建设的各位技术人员的一次难得胜利！
蔡俊杰拿出来的芯片以及交给试验室人员去分装了，封装成功之后的芯片会安装到傅赞拿过来的几台学习机和游戏机上去，上机通电试验芯片的具体性能！
而此时，余子贤着急大家开始分析这一次良率出奇的高的原因。
只是说过来说过去，除了各位参与设备安装调试的团队和技术人员通力协作之外，以及大量厂家技术人员参与调试等等客观因素之外，剩下的就是从工艺技术方面的分析了。
鹿岛智树提出了一点很有说服力的原因：工艺性能过剩。
目前的生产线是为1.2微米工艺建设的，而6502-XJ91芯片却是3微米芯片，就相当于大马拉小车……所以良率会出奇的高！
以后在1.2微米的芯片的制造中如果第一次就达到超预期的良率，那才叫真惊喜了……
想通也就那么回事，但是在未出结果之前，谁能有说的出1、2、3来了？
就在他们总结分析良率的时候，傅赞带着搭载了6502-XJ91芯片的两台小博士学习机和两台大霸王游戏机走了进来，身后的工作人员还帮忙抱来了电视机、游戏手柄、键盘灯等辅助设备。
这是要验证芯片的实际应用了！
插电、开机，电视画面里的《看图猜成语》游戏显示异常清晰，未见卡顿……换了个大霸王游戏机，依然顺畅自如。
“哦也！”
……
“好！”余子贤拍了拍大腿，大声叫好！
点亮的6502-XJ91这颗芯片，点亮的不仅是自家产的两个电子产品，而且还彻底点燃了余子贤的梦！
PS：马上就是2020年了，在这里，梗梗预祝各位书友，在新的一年里：大财、小财、意外财，财源滚滚；亲情、爱情、朋友情，纷纷真情；爱人、亲人、家里人，人人平安！
祝大家2020新年-元旦快乐！
另，再此感谢一直陪伴这我和《芯片的战争》共同成长的各位书友起-点和QQ阅读每天投票订阅的各位大大大大，感谢有你！
《芯片的战争》和大家一道，新年大吉！
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