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十二、芯片35. 技術：流程硅片切好之后，就要在晶圓上把成千上萬的電路裝起來的，干這活的就叫“晶圓廠”。各位拍腦袋想想，以目前人類的技術，怎樣才能完成這種操作？用原子操縱術？想多了，朋友！等你練成御劍飛行的時候，人類還不見得能操縱一個一個原子組成各種器件，那究竟怎么做呢？在開始前，我們要先認識 IC 芯片是什么。IC 全名積體電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設計好的電路，以堆疊的方式組合起來。藉由這個方法，我們可以減少連接電路時所需耗費的面積。下圖為 IC 電路的 3D 圖，從圖中可以看出它的結構就像房子的樑和柱，一層一層堆疊，這也就是為何會將 IC 制造比擬成蓋房子從上圖中 IC 芯片的 3D 剖面圖來看，底部深藍色的部分就是上一篇介紹的晶圓，從這張圖可以更明確的知道，晶圓基板在芯片中扮演的角色是何等重要。至于紅色以及土黃色的部分，則是于 IC 制作時要完成的地方。首先，在這里可以將紅色的部分比擬成高樓中的一樓大廳。一樓大廳，是一棟房子的門戶，出入都由這里，在掌握交通下通常會有較多的機能性。因此，和其他樓層相比，在興建時會比較復雜，需要較多的步驟。在 IC 電路中，這個大廳就是邏輯閘層，它是整顆 IC 中最重要的部分，藉由將多種邏輯閘組合在一起，完成功能齊全的 IC 芯片。黃色的部分，則像是一般的樓層。和一樓相比，不會有太復雜的構造，而且每層樓在興建時也不會有太多變化。這一層的目的，是將紅色部分的邏輯閘相連在一起。之所以需要這么多層，是因為有太多線路要連結在一起，在單層無法容納所有的線路下，就要多疊幾層來達成這個目標了。在這之中，不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。分層施工，逐層架構知道 IC 的構造后，接下來要介紹該如何制作。試想一下，如果要以油漆噴罐做精細作圖時，我們需先割出圖形的遮蓋板，蓋在紙上。接著再將油漆均勻地噴在紙上，待油漆乾后，再將遮板拿開。不斷的重復這個步驟后，便可完成整齊且復雜的圖形。制造 IC 就是以類似的方式，藉由遮蓋的方式一層一層的堆疊起來，詳細工藝下面詳細介紹最后便會在一整片晶圓上完成很多IC 芯片，接下來只要將完成的方形 IC 芯片剪下，便可送到封測廠做封裝測試，至于封測廠是什么東西？36. 技術：工藝集成電路制造工藝繁多復雜，晶圓廠廠內大致上可分為四大區：真空區、黃光區、蝕刻區、擴散區真空區：乃沉積暨離子植入，也就是在晶圓上覆蓋一層薄膜，所以也稱為薄膜區。薄膜沉積工藝系在晶圓上沉積一層待處理的薄膜，薄膜工藝常用于在晶圓表面制備各類半導體、絕緣體、金屬的薄膜材料，包含CVD、PVD（蒸發和濺射）、電鍍、外延等；沉積工藝包括化學沉積和物理沉積，形成多層的光刻和刻蝕立體結構，構成絕緣層或金屬導電層，詳細請持續關注本黃光區：主要是使電路圖顯影，勻膠工藝系把光刻膠涂抹在薄膜上，光刻和顯影工藝系把光罩上的圖形轉移到光刻膠，集成電路的最小線寬取決于光刻設備的分辨率，它定義了半導體器件尺寸，光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平，設備篇蝕刻區：使用化學劑來蝕刻出所需要的電路，刻蝕工藝系把光刻膠上圖形轉移到薄膜，去除光刻膠后，即完成圖形從光罩到晶圓的轉移，將沒有受光阻保護的硅晶圓，以離子束蝕刻，刻蝕工藝的提高在于不斷縮小PN間的閘極，詳細請持續關注設備篇擴散區：又稱為爐管區均為高溫加工的處理，摻雜工藝是形成N型和P型摻雜結構的過程，包含擴散和離子注入兩類；離子注入工藝對硅基材料進行摻雜，形成PN區，構成晶體管，詳細請持續關注本設備篇上述四大工藝循環，分層施工，逐層架構，最終完成芯片制作37. 技術路線：制程半導體產業技術進步主要有兩大方向：一是硅片直徑越大→硅片面積越大→單個晶圓上芯片數量越多→效率越高→成本越低，詳細請參考上篇文章半導體全面分析（三）：制造三大工藝，硅片五大巨頭！，二是制程越小→晶體管越小→相同面積上的元件數越多→性能越高→產品越好，那么制程是什么呢，下面詳細介紹十三、制程38. 技術：定義晶體管結構中，電流從 Source/(源極/)流入 Drain/(漏級/)，Gate/(柵極/)相當于閘門，主要負責控制兩端源極和漏級的通斷。柵極的寬度決定了電流通過時的損耗，表現出來就是手機常見的發熱和功耗，寬度越窄，功耗越低。而柵極的最小寬度/(柵長/)，就是芯片工藝中提到的制程以 14 納米為例，其制程是指在芯片中，線最小可以做到 14 納米的尺寸，縮小電晶體的最主要目的就是為了要減少耗電量，然而要縮小哪個部分才能達到這個目的？上圖中的L就是我們期望縮小的部分。藉由縮小閘極長度，電流可以用更短的路徑從 Drain 端到 Source 端電腦是以 0 和 1作運算，要如何以電晶體滿足這個目的呢？做法就是判斷電晶體是否有電流流通。當在 Gate 端做電壓供給，電流就會從 Drain 端到 Source 端，如果沒有供給電壓，電流就不會流動，這樣就可以表示 1 和 038. 技術：摩爾定律1965年4月19日，摩爾定律是由英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾提出，《電子學》雜志（ElectronicsMagazine）發表了摩爾（時任仙童半導體公司工程師）撰寫的文章 “讓集成電路填滿更多的組件”，文中預言半導體芯片上集成的晶體管和電阻數量將每年增加一倍1975年，摩爾根據當時的實際情況對摩爾定律進行了修正，把 “每年增加一倍” 改為 “每兩年增加一倍”。所以，業界普遍流行的說法是當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍39. 技術路線：High-k 45nm→FinFET 22nm→GAA 5nm晶體管設計的思路主要是兩點：第一提升開關響應度，第二降低漏電流。晶體管物理的圖，就是漏電流-柵電壓的關系圖：其中 oxide，絕緣層，作用是隔絕柵極和溝道。因為柵極開關溝道，是通過電場進行的，電場的產生又是通過在柵極上加一定的電壓來實現的，但是歐姆定律告訴我們，有電壓就有電流。如果有電流從柵極流進了溝道，那么還談什么開關？早就漏了最早的絕緣層就是和硅非常自然地共處的二氧化硅，其相對介電常數（衡量絕緣性的，越高，對晶體管性能來說，越好）約是3.9。但在尺寸縮小到一定限度時，從能帶的角度看，因為電子的波動性，如果絕緣層很窄很窄的話，那么有一定的幾率電子會發生隧穿效應而越過絕緣層的能帶勢壘，產生漏電流眼看摩爾定律要終結到 45 nm了，大家開始瘋狂尋找，最后找到一種名為 HfO2的材料，這就叫做high-k，這里的k是相對介電常數（相對于二氧化硅的而言）金屬柵是與high-k配套的一項技術。high-k材料會降低溝內的道載流子遷移率，并且影響在界面上的費米能級的位置，進而影響晶體管的閾值電壓，金屬的自由電荷濃度極高（超過10^20），而且有鏡像電荷效應，可以中和掉high-k材料的絕緣層里的偶極子對溝道和費米能級的影響但干到28 nm，又干不下去了，1999 年，胡正明教授在美國加州大學領導著一個研究小組探索如何將 CMOS 技術拓展到 25nm 及以下領域，最后提出兩種可行方案：一是立體型結構的FinFET 晶體管，另外一種是基于SOI的超薄絕緣層上硅體技術 /(UTB-SOI，FD-SOI 晶體管技術/)，因為他的兩個重要發明，摩爾定律在今天得以再續傳奇晶體管本質上是開關，有兩個基本狀態：開和關。與柵欄門允許或限制通行一樣，FET柵極可允許或限制源與漏之間的電子流動。通常將FET直接裝配在硅片上。絕緣介電層覆蓋在硅片表面上，并將成為柵極介電層。導電層（如多晶硅或某種金屬）被沉積在介電層上，最終成為柵極電極。該器件結構又名“平面型柵極”當柵極長度過短時，就會出現短溝道效應（如漏電流）,柵極的寬度決定了電流通過時的損耗，寬度越窄，功耗越低。當制程逼近20nm時，柵極對電流控制能力急劇下降，會出現“電流泄露”問題FinFET又叫鰭式場效應晶體管，這種新的晶體管把芯片內部平面的結構變成了 3D，把柵極形狀改制，增加 Gate 端和下層的接觸面積，減小柵極寬度的同時降低漏電率，而晶體管空間利用率大大增加。除此之外，在傳統晶體管結構中，控制電流通過的閘門，只能在閘門的一側控制電路的接通與斷開，屬于平面的架構。在 FinFET 的架構中，閘門成類似魚鰭的叉狀 3D 架構，可于電路的兩側控制電路的接通與斷開。這種設計可以大幅改善電路控制，是解決20納米及以下制程電流泄露問題的核心技術想到難，做到更難。為什么呢？因為豎起來的那一部分硅，也就是用作溝道的硅，太薄了，只有不到10個納米，不僅遠小于晶體管的最小尺寸，也遠小于最精密的光刻機所能刻制的最小尺寸。于是如何把這個Fin給弄出來，還得弄好，成了真正的難題，詳細請持續關注設備篇另外一種技術路線是SOI，特點是特殊材料、普通工藝，而FinFET的特點是普通材料，特殊工藝。FD-SOI是一種平面工藝技術，相對于Bulk CMOS主要多了一層叫做埋氧層的超薄絕緣層位于基硅頂部，用于形成一個超薄的晶體管通道，由于通道非常薄，所以沒有必要摻雜通道，從而使晶體管完全耗盡但干到 7 nm，又干不下去了，GAAFET（Gate All Around）晶體管將是未來最有可能突破 7 nm以下FinFET工藝的候選技術，GAAFET是一個周邊環繞著gate的FinFET，和目前垂直使用fin的FinFET不同，GAAFET的fin設計在旁邊，能夠提供比普通FinFET更好的電路特性，“全包覆柵極”或“納米絲”方法是應7nm或5nm 節點而生的概念40. 技術：28 nm 成本最低隨著制程節點的縮小和工藝精度的提高，集成電路設計產品的設計成本迅速增加，10nm 的設計成本約為 28nm 的 4.5 倍，7 納米制程節點的工藝研發費用達3 億美金，5 納米研發費用在 5.4 億美金，同時開發風險也隨之增加28 納米是長制程節點，預計工藝生命周期將持續20年，從單位晶體管成本來看，28 納米制程節點每百萬門單價 2.7 美金，是目前市場上單位門成本最低的制程節點十四、產業41. 特點：四高資金壁壘高半導體制造環節資金壁壘高。產能的擴張需要新建大量廠房和引進大量設備，一般新建一個 12 英寸生產線需要上百億元的資本投入。產線建設完成后也需要經過長時間的產能爬坡才能達到大規模生產，因此在廠線使用初期，高額的折舊攤銷也會對利潤帶來侵蝕，因此半導體制造資金壁壘高技術壁壘高半導體制造環節技術壁壘高，除了半導體設備本身極具技術難度之外，各個環節設備之間的工藝配合以及誤差控制需要大量的經驗積累，一般集成電路生產需經過上千步的工藝，在 20nm 技術節點，集成電路產品的晶圓加工工藝步驟約1000 步，在 7nm 時將超過 1500 步，任何一個步驟的誤差放大都會帶來最終芯片良率的大幅下滑集中度高晶圓制造行業一個典型的特點就是先進技術節點工藝制程掌握在少數幾個公司手中，130nm 制程全球有 30 家企業可以量產，但到 14nm 制程技術只掌握在 6 家企業手中，目前頂尖制程企業僅剩臺積電、三星、Intel三家盈利能力高所謂微笑曲線只適用于低端制造，看毛利率，臺積電 50/% 第一，三星 45/% 第二，看凈利率，臺積電 35/% 第一，高塔 21/% 第二42. 產能：12 寸第一，臺灣第一從尺寸來看，12 寸（300mm）晶圓廠第一，其次是 8 寸、6 寸，2018年全球芯片制造月產能 1900 萬片，其中 1100 多萬片 12 寸片，550 萬片 8 寸片，200 多萬片 6 寸片從區域來看，臺灣地區位居第一，占全球21.8/%產能，韓國占全球21.3/%產能，中國大陸地區占全球12.5/%產能43. 全球：臺積電占 50/% 以上在市場份額上，臺積電 2018 年占 59/%獨占龍頭臺積電TSMC1987 年，臺積電成立于臺灣新竹科學工業園區，開創晶圓代工模式2011 年，率先推出 28nm 工藝2018 年 4 月，率先量產7nm 工藝2018 年，實現營業收入 2085 億元，歸母凈利潤 775 億元臺積電立基臺灣，目前擁有 3 座 12 寸晶圓廠、4 座 8 寸晶圓廠和 1 座 6 寸晶圓廠發展動能：重金研發投入，技術領先紅利創造利潤空間美國格羅方德 /(GlobalFoundries/)2009 年 3 月，格羅方德成立，總部位于美國加州硅谷桑尼維爾市，由 AMD拆分而來，目前在全球擁有 5 個生產基地，總產能達 770 萬片//年FinFET 和 FD-SOI雙工藝路線臺灣聯華電子UMC1980 年，轉化臺灣工研院技術成立2018 年，實現營業收入 331 億元，歸母凈利潤 15 億元現有 11 座晶圓廠，其中包含位于臺灣的Fab 12A與新加坡的Fab 12i，以及廈門在建的Fab 12X 三座12英寸廠、七座8英寸廠、一座6英寸廠聯電孵化出了一大批企業，包括 MTK 聯發科（手機芯片）、聯詠科技（面板驅動IC）、聯陽半導體（電腦芯片）、智原科技（ASIC）、聯笙電子（內存芯片）、原相科技（CMOS）等以色列高塔 Tower Jazz聚焦于模擬、射頻、混合信號、傳感器電源管理芯片等，客戶涵蓋消費、汽車、醫療、航空等領域，擁有 7 個制造工廠，總產能達到 230 萬片//年，2018 年收入13 億美元臺灣穩懋 WIN Semi1999 年立于林口華亞科技園區，是全球最大砷化鎵晶圓代工半導體廠商（不含IDM廠），詳細請持續關注本應用篇44. 中國：落后兩代四年從制程看，落后兩代四年，中芯國際 2019 年實現 14 nm 量產，臺積電 2015 年已實現，14 nm→10 nm→7 nm，還有兩代中芯國際 SMIC2000 年張汝京成立于上海，是中國大陸規模最大的集成電路芯片制造企業擁有 5 座 8 英寸廠（上海2座、天津1座、深圳1座、意大利1座）和 3 座 12 英寸廠（北京2座、上海1座）2017 年 10 月，梁孟松加入中芯國際接手研發部門后，研發投入顯著提升，2018 年研發費用占當期收入的 17/%，高于2016//2017 年的 11/%//14/%，顯著高于同年臺積電，聯電和三星的研發投入占比（9/%左右）90 納米中芯落后臺積電 1 年，65 納米落后兩年，40 納米落后三年，28 納米整整落后 6 年，梁孟松來了奮起直追，14 納米落后臺積電3.5 年，比原計劃提前了半年，10 納米及以下預計落后 3 年，差距正在逐漸縮小，有望成為僅次于臺積電全球第二大純晶圓代工廠華虹華虹半導體專注8 寸 200mm純晶圓代工，在上海張江和金橋共有3 條200mm 集成電路生產線，月產能約 17 萬片，2018 年實現營業收入 66.8 億元，歸母凈利潤 12.5 億元來源：史震星

俗話說：“人心隔肚皮。”人與人交往時，我們往往只能看到他的表面，難以洞察到他的內心。就是交往了多年的朋友，也可能因為一件小事反目成仇，還有的朋友，其實是潛伏在你身邊的“敵人”，他靠近你，是因為想要算計你，有不可告人的目的。每個人都希望遇到真誠的朋友，避開虛偽的人，遠離沒安好心的人。可是我們在與人交往的時候，容易“看走眼”，稍微不注意，就遇到了壞人，讓人防不勝防。《論語》里寫道：“視其所以，觀其所由，察其所安，人焉廋哉？人焉廋哉？”這句話的意思是，要了解一個人，就要認真觀察他曾經走過的路、做過的事情，要看他一言一行的動機，考察他能安心做什么，人生理想是什么，只有這樣，他就無法掩藏自己了。從古人的智慧里，我們要懂得一個道理：一個人值不值得交往，就看以下這三點。1.“視其所以”，看一個人過去的表現。我的同學阿豪，去年組織了一次同學聚會。本來我和他多年都沒有聯系了，通過聚會，我們又聯系上了。走出校門之后，他從事什么工作，去了什么地方，我一無所知，只知道他現在在廣州一家公司打工。上個月，阿豪回到家鄉，他對我說：“我們公司準備擴大業務，要在湖南開一家分公司，這是一個發財的機會。如果我們積極入股，就可以擔任分公司的領導。要知道，我們公司的領導，工資很高，最少的一年都有三十多萬。”聽到阿豪這樣說，我也動心了，畢竟三十多萬的年薪，很誘人。阿豪和我聊了很久，讓我對公司有了很多的了解。俗話說：“機不可失，失不再來。”我毫不猶豫就轉了十多萬給阿豪，然后讓阿豪幫我運作。我還和阿豪商量好，如果資金太少，到時候再想辦法。前天，我遇到另一個同學阿勝，他對我說：“阿豪的公司要到湖南開分公司，你知道了嗎？凡是入股的人，都可以到分公司上班，工資還不低呢。”聽阿勝這樣一說，我反而擔心起來了。因為一個分公司，不可能要很多人去當領導，如果他發動了很多人參與這件事，多半是詐騙。我通過廣州的朋友，了解了一下阿豪說的公司，結果朋友告訴我，這家公司，幾年前就倒閉了。聽朋友這樣一說，我驚出了一身冷汗。還好，我馬上聯系到阿豪，他把錢還給我了。可是其他幾位同學，就沒有這么幸運了，阿豪連電話都不接了。通過調查，我發現阿豪有偷盜、詐騙的前科，根本就不是一個本本分分做事的人。一個人以前做了什么，有沒有留下污點，是不是一直很善良，有沒有從事正規的工作，有沒有成家立業，這些信息很重要。一個人過去做的事情，反應了他的成長歷程，也樹立了他的形象，你充分了解到了，你就能夠做到“心中有數”，懂得遠離那些有污點的人，靠近常常正直的人。2.“觀其所由”，看一個人言行的動機。前天，同事莉莉說：“明天下午，我就要出發去深圳旅游了。大家要不要帶點東西回來啊？我那邊有熟人，可以買到一些奢侈品，并且價格都很便宜。如果你們要的話，就給定金，然后我才會幫忙帶回來哦。”聽到莉莉這樣一說，好幾個同事都動心了。同時，大家都在想：“同事天天在一起，也值得信任。如果莉莉撒謊，那么以后大家在一起，都不好相處了。”前天晚上，我和一個本地的商人聊天，我說：“深圳那邊的奢侈品很便宜吧，起碼比本地便宜很多。如果有人去那邊代購的話，是不是能賺一筆錢呢？”商人說：“你就是一個外行了。那些從深圳帶回來的奢侈品，多半是仿冒品，樣子做得很像，但是質量有差別，雖然不是假冒偽劣產品，但使用了障眼法，讓人防不勝防。現在，有好幾個本地人，通過帶貨，發財了。”聽商人這樣一解釋，我就知道了莉莉的動機，她是借著旅游的名義，去帶貨回來，然后狠狠地賺一筆。一個人值不值得交往，看他做事的動機是什么，他和你交往的目的是什么。如果他是為了錢財，才和你交往，他做事的目的是“利益為重”，那么就別交往了。俗話說：“君子愛財，取之有道。”值得交往的人，不會算計別人，堂堂正正賺錢，光明正大做事，不會“藏著掖著”。3.“察其所安”，看一個人的理想和心境。俗話說：“物以類聚，人以群分。”你身邊有什么樣子的朋友，你就是什么樣子。如果你是小偷，就會和小偷做朋友，還結伴去偷盜，一個看風，一個動手偷東西，配合得很好。如果你喜歡唱歌，就會加入唱歌的隊伍，一起去公園里練習，一起去演出。因此你在與人交往的時候，就要看對方有沒有理想，他的理想是什么，和你是不是同路人。最忌諱和沒有理想的人在一起，他本身就窮，還不思進取，天天抱怨社會，身上充滿了負能量，讓身邊的人都會心情很差。與人交往的時候，你還要觀察他的心境，看看他做事的心態如何，有沒有長遠打算，能不能包容別人。避免與小肚雞腸、沒安好心的人交往。“察其所安”，還是告訴我們，要看一個人未來的發展趨勢，洞察一個人的發展潛力如何，遠離心窮的人，遠離心腸歹毒的人。一個值得交往的人，身上充滿了正能量，讓人覺得很溫暖，很陽光；一個不值得交往的人，身上充滿了負能量，會讓人寒心，還會把你帶壞。作者：布衣粗食。關注我的文字，走進你的心靈。文中配圖來源網絡。

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