芯片制造中的Wafer、Die、Chip、Cell详解
芯片制造中的Wafer、Die、Chip、Cell详解
在芯片制造领域，Wafer、Die、Chip和Cell是几个核心概念，它们分别代表了芯片制造过程中的不同阶段和组成部分。本文将详细解释这些术语的含义及其在芯片制造中的作用。
Wafer
晶圆（Wafer）：晶圆是制作半导体电路所用的硅晶片。它的原始材料是高纯度的多晶硅，经过溶解、掺杂、拉丝等工艺制成圆柱形的单晶硅。晶圆通常有 8 英寸和 12 英寸两种规格。
Die
晶粒（Die）：晶粒是从晶圆上切割下来的小块。每个晶粒都包含一个完整的芯片设计，以及芯片周围的部分划片槽区域。晶粒是半导体芯片的基本单元，封装后成为一个颗粒。晶粒上通常包含了电路、逻辑门、存储单元等功能。晶粒通常是裸露的，没有外壳或封装，因此它们非常脆弱且容易受到环境影响
每一个Die就是一个独立的功能芯片，最终将被作为一个单位而被封装起来成为我们常见的芯片。 Die是不能直接使用的，没有引脚，没有散热片。
单封，合封
● 单封：一个封装芯片中只包含一个Die
● 合封：一个封装芯片中包含两个或两个以上Die
合封技术相对于单封技术减少了Die之间的连接线长度，具有更小的线延迟。从时序的角度来看，output delay以及input delay减少，逻辑时序更加稳定。同时合封减少了芯片面积，成本面积都得到了大大的减小。同时合封技术对封装工艺提出了更高的要求，同时对芯片的散热提出了更高的要求。
Chip
芯片（Chip）：芯片是经过封装的晶粒。封装是将晶粒放置在外壳中，以保护其内部电路，并提供连接引脚。这样，芯片就可以插入电路板或其他设备中使用。
芯片的封装通常由塑料、陶瓷或金属制成，具有引脚或焊盘，以便与其他电子元件连接。
Cell
单元（Cell）：单元是比晶粒更小的结构，通常用于集成电路中。它进一步划分了晶粒，例如 IO 单元、电源管理单元等。
因此，关系是：晶圆 > 晶粒 > 单元（Cell）。
总结一下，晶圆是制作芯片的原始材料，晶粒是从晶圆上切割下来的小块，而单元则更小，通常是芯片中的功能单元。
扩展
CMOS工艺
CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺是制造集成电路的一种常见方法，它基于硅材料，利用金属氧化物和半导体的特性来制造电子元件，主要包括晶体管。CMOS工艺中的C表示“互补”，即将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一硅衬底上，制作CMOS集成电路。这种工艺具有功耗低、速度快、抗干扰能力强、集成度高等众多优点。事实上，99%的IC芯片，包括大多数数字、模拟和混合信号IC，都是使用CMOS技术制造的。
其它工艺
除了CMOS工艺之外，还有一些其他的半导体制造工艺。以下是一些常见的工艺：
LDMOS（低电压MOS）工艺：这是一种相对成熟的工艺，更易于与其他半导体工艺相容。它适用于高电压和低开关速度的传统CMOS器件集成¹。
FinFET（鳍式场效应晶体管）技术：这是一种“三维晶体管”或非平面工艺，最早在UC Berkeley展示。FinFET技术具有优异的电气性能，适用于高密度集成电路¹。
SOI（硅上绝缘体）技术：SOI技术不容易出现电流闭锁问题，因此适用于对辐射抗性要求较高的空间应用¹。
III-V化合物半导体材料：包括镓砷化物（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）等。这些材料在一些特定应用中具有优势¹。
此外，还有一些“Beyond CMOS”技术，探索超越传统CMOS制造的新技术，例如自旋电子学、量子计算和纳米技术，这些技术有可能改变半导体行业并实现新的计算范式。