“芯”潮澎湃 揭秘集成电路的“庐山真面目”

台积电近日宣布将赴美设 3 纳米厂，该消息使得业界哗然!3 纳米生产线对于集成电路的发展究竟有多重要?集成电路的“庐山真面目”到底是啥?

　　近日，台湾媒体联合新闻网的最新报道显示，台积电正计划将赴美设厂列入选项，该厂将投资高达 1000 亿人民币的 3 纳米制程生产线，目标是五年之后的 2022 年实现量产。该新闻令台湾政府与老百姓非常震动，同时也引起业内关注，因为台积电3 纳米选址非常关键，牵动后续 1 纳米以下次纳米发展的量子计算机，需要极先进的材料、技术及设备，工研院 IEK 主任室计划副组长杨瑞临建议政府应尽早邀集学界参与，全力留住台积电在台设厂，否则将让半导体生态链断层。

　　究竟“3 纳米”为何物，区区一个选址就能引起如此之大的轰动!

　　3 纳米指的是半导体的线宽，线宽越小，同样面积芯片整合的晶体管数量更多，能耗更低，性能更加强大。几乎所有的半导体制造厂，都在争先恐后朝着更小的线宽迈进。从Intel规划的规划图来看，最远的也不过是 7nm 工艺。

　　▲Intel半导体线宽规划图

　　而台积电 3 纳米制程是摩尔定律(Moore's Law)下晶体管制程微缩的最后节点，且将是关键的转折点，以衔接 1 纳米制程和1纳米以下的次纳米新材料技术。台积电3纳米将牵涉布局量子电脑(quantum computer)，这个技术革命可能改变全球半导体产业生态，如果真的实现，人类将在二十一世纪第三个十年进入次纳米时代，目前的超级电脑每秒运算能力是 30 万亿次每秒，人类的大脑是 50 万亿次每秒，量子电脑将达到 100 万亿次每秒，人类历史将会因为量子电脑的出现，出现无法想象的改变。

　　▲量子电脑

　　所以集成电路真的是重要的战略产业，究竟啥是集成电路?芯师爷给大家科普一下吧!

　　我们先以处理器为例，来看一下它的制造过程。

　　简单地说，处理器的制造过程可以大致分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻(平版印刷)、蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装上市等诸多步骤，而且每一步里边又包含更多细致的过程。

　　沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(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，这也是半导体制造产业的基础。

　　硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。

　　单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999%。