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半導(dǎo)體芯片制造的復(fù)雜工藝流程

來源:  時(shí)間:2016-01-07

目前電子信息制造領(lǐng)域的自動(dòng)化、智能化水平，僅次于汽車工業(yè)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，晶圓制造的自動(dòng)化、智能化水平最高。

1、硅提純

生產(chǎn)芯片等芯片的材料是半導(dǎo)體，現(xiàn)階段主要的材料是硅Si，這是一種非金屬元素，，從化學(xué)的角度來看，由于它處于元素 周期表中金屬元素區(qū)與非金屬元素區(qū)的交界處，所以具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，適合于制造各種微小的晶體管，是目前最適宜于制造現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的材料之一。

在硅提純的過程中，原材料硅將被熔化，并放進(jìn)一個(gè)巨大的石英熔爐。這時(shí)向熔爐里放入一顆晶種，以便硅晶體圍著這顆晶種生長，直到形成一個(gè)幾近完美的單晶硅。以往的硅錠的直徑大都是200毫米，而芯片廠商正在增加300毫米晶圓的生產(chǎn)。

2、切割晶圓

硅錠造出來了，并被整型成一個(gè)完美的圓柱體，接下來將被切割成片狀，稱為晶圓。晶圓才被真正用于芯片的制造。所謂的“切割晶圓”也就是用機(jī)器從單晶硅棒上切割下一片事先確定規(guī)格的硅晶片，并將其劃分成多個(gè)細(xì)小的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都將成為一個(gè)芯片的內(nèi)核(Die)。一般來說，晶圓切得越薄，相同量的硅材料能夠制造的芯片成品就越多。

3、影�。≒hotolithography）

在經(jīng)過熱處理得到的硅氧化物層上面涂敷一種光阻（Photoresist）物質(zhì)，紫外線通過印制著芯片復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)圖樣的模板照射硅基片，被紫外線照射的地方光阻物質(zhì)溶解。而為了避免讓不需要被曝光的區(qū)域也受到光的干擾，必須制作遮罩來遮蔽這些區(qū)域。這是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，每一個(gè)遮罩的復(fù)雜程度得用幾十個(gè)GB數(shù)據(jù)來描述。

4、蝕刻（Etching）

這是芯片生產(chǎn)過程中重要操作，也是芯片工業(yè)中的重頭技術(shù)。蝕刻技術(shù)把對(duì)光的應(yīng)用推向了極限。蝕刻使用的是波長很短的紫外光并配合很大的鏡頭。短波長的光將透過這些石英遮罩的孔照在光敏抗蝕膜上，使之曝光。接下來停止光照并移除遮罩，使用特定的化學(xué)溶液清洗掉被曝光的光敏抗蝕膜，以及在下面緊貼著抗蝕膜的一層硅。然后，曝光的硅將被原子轟擊，使得暴露的硅基片局部摻雜，從而改變這些區(qū)域的導(dǎo)電狀態(tài)，以制造出N井或P井，結(jié)合上面制造的基片，芯片的門電路就完成了。

5、重復(fù)、分層

為加工新的一層電路，再次生長硅氧化物，然后沉積一層多晶硅，涂敷光阻物質(zhì)，重復(fù)影印、蝕刻過程，得到含多晶硅和硅氧化物的溝槽結(jié)構(gòu)。重復(fù)多遍，形成一個(gè)3D的結(jié)構(gòu)，這才是最終的芯片的核心。每幾層中間都要填上金屬作為導(dǎo)體。層數(shù)決定于設(shè)計(jì)時(shí)芯片的晶體管布局和晶體管規(guī)模，以及通過的電流大小。

6、封裝

這時(shí)的芯片是一塊塊晶圓，它還不能直接被用戶使用，必須將它封入一個(gè)陶瓷的或塑料的封殼中，這樣它就可以很容易地裝在一塊電路板上了。封裝結(jié)構(gòu)各有不同，但越高級(jí)的芯片封裝也越復(fù)雜，新的封裝往往能帶來芯片電氣性能和穩(wěn)定性的提升，并能間接地為主頻的提升提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

7、多次測(cè)試

測(cè)試是一個(gè)芯片制造的重要環(huán)節(jié)，也是一塊芯片出廠前必要的考驗(yàn)。這一步將利用X-RAY觀察IC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過檢測(cè)到芯片中的綁定線（焊線）和焊接點(diǎn)，用以判斷芯片焊接是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否存在脫焊、虛焊、漏焊、錯(cuò)焊等現(xiàn)象，從而發(fā)現(xiàn)IC芯片工藝中的物理缺陷和不良品。最后，個(gè)別芯片可能存在某些功能上的缺陷，如果問題出在緩存上，制造商仍然可以屏蔽掉它的部分緩存，這意味著這塊芯片依然能夠出售，只是它可能是Celeron等低端產(chǎn)品。當(dāng)芯片被放進(jìn)包裝盒之前，一般還要進(jìn)行最后一次測(cè)試，以確保之前的工作準(zhǔn)確無誤。根據(jù)前面確定的最高運(yùn)行頻率和緩存的不同，它們被放進(jìn)不同的包裝，銷往世界各地。

大部分晶圓廠實(shí)力雄厚，資金充裕，一般在上下物料、碼垛等環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的普及，節(jié)省了人力成本。另一方面，在摩爾定律推動(dòng)下，半導(dǎo)體制造行業(yè)也通過創(chuàng)新研發(fā)周期，并提供大批量定制化、個(gè)性化方案，以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

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