半導(dǎo)體制造過程的關(guān)鍵步驟：
1、硅晶片制備：半導(dǎo)體制造的第一步是選擇硅晶片作為基礎(chǔ)材料。這一步驟涉及對晶圓進(jìn)行徹底的清洗和拋光，以確保其表面潔凈且平整，為后續(xù)電子元件的制造提供理想的襯底。
2、圖案化技術(shù)：圖案化是半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵步驟，通過光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。首先在硅晶片表面涂覆一層抗腐蝕的光刻膠，然后放置帶有預(yù)定電子元件圖案的掩模。通過紫外光照射，將掩模上的圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠上，隨后去除曝光區(qū)域的光刻膠，從而在晶片上形成精確的圖案。
3、摻雜工藝：為了調(diào)整硅晶片的電特性，引入硼或磷等雜質(zhì)。這一過程稱為摻雜，通常通過離子注入技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中高速離子被注入到晶片表面，形成P型或N型半導(dǎo)體。
4、晶片沉積：在晶片上沉積薄膜材料，以形成電子元件所需的層。這一步驟可以通過化學(xué)氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）或原子層沉積（ALD）等不同技術(shù)來完成，用于沉積金屬、氧化物和氮化物等材料。
5、刻蝕過程：為了得到電子元件的特定形狀和結(jié)構(gòu)，需要從晶片表面去除部分材料?？涛g可以通過濕式、干式或等離子刻蝕等多種技術(shù)進(jìn)行，這些方法利用化學(xué)物質(zhì)或等離子體選擇性地去除材料。
6、封裝步驟：完成所有制造步驟后，電子元件被封裝，以便成為可用于電子設(shè)備的最終產(chǎn)品。這包括將元件連接到基板上，并通過導(dǎo)線或其他連接方式與其他元件相連。
半導(dǎo)體制造工藝復(fù)雜，涉及眾多專用設(shè)備和材料。從硅片的制備開始，到最終封裝，整個(gè)過程可能需要幾周到幾個(gè)月的時(shí)間。在整個(gè)晶片制造過程中，每個(gè)晶片可能需要經(jīng)過數(shù)百個(gè)不同的工藝步驟，因此整個(gè)制造周期可能長達(dá)16至18周。
半導(dǎo)體集成電路是將很多元件集成到一個(gè)芯片內(nèi), 以處理和儲存各種功能的電子部件。由于半導(dǎo)體集成電路是通過在晶圓的薄基板上制造多個(gè)相同電路而產(chǎn)生的,因此晶圓是半導(dǎo)體的基礎(chǔ),就像制作披薩時(shí)添加配料之前先做面團(tuán)一樣。晶圓是指將硅(Si)、砷化鎵(GaAs)等生成的單 晶柱切成薄片的圓盤。大部分晶圓都是由沙子中提取的硅制成的。地球上有大量的硅,可以穩(wěn)定供應(yīng), 并且硅具有無毒、環(huán)保的特點(diǎn)。
晶圓制造
首先，將天然沙子中的二氧化硅（硅石）經(jīng)過冶煉，提煉出工業(yè)硅（金屬硅）。接著，對工業(yè)硅進(jìn)行提純，得到多晶硅。隨后，通過直拉法將多晶硅轉(zhuǎn)化為高純度的單晶硅棒。單晶硅棒經(jīng)過打磨、切割、倒角和拋光等工序，最終制成硅片。
在硅片制造完成后，進(jìn)入半導(dǎo)體制造的關(guān)鍵步驟。首先對硅片進(jìn)行無塵清潔，確保表面干凈。然后，在硅片表面進(jìn)行沉積氧化和加膜處理。接下來，均勻涂覆光刻膠，并將硅片放入光刻機(jī)中。利用紫外光通過光掩模照射到光刻膠上，實(shí)現(xiàn)曝光，從而將電路圖案轉(zhuǎn)移到硅片上。
曝光后的硅片進(jìn)入刻蝕機(jī)，利用等離子體物理沖擊和離子注入技術(shù)，刻蝕掉未被光刻膠覆蓋的氧化膜和硅片，形成鰭式場效應(yīng)晶體管中的鰭?？涛g完成后，進(jìn)行清洗，去除光刻膠和雜質(zhì)。隨后，硅片進(jìn)入離子注入機(jī)，通過高速高能量的離子束流注入，改變硅片的載流子濃度和導(dǎo)電類型，形成PN結(jié)。之后，使用氣相沉積技術(shù)加覆保護(hù)膜。
最后，通過化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）技術(shù)，對硅片進(jìn)行打磨和拋光，使其表面平整，以便進(jìn)行后續(xù)的薄膜沉積。這一系列工藝需要重復(fù)數(shù)十次，才能在晶圓上完成晶體管和電路圖案的刻畫。經(jīng)過數(shù)百次這樣的循環(huán)，一塊12英寸的晶圓上可以制作出大約700塊芯片。
為了將從沙子中提取的硅作為半導(dǎo)體材料使 用,首先需要經(jīng)過提高純度的提純工序。將硅 原料高溫溶解,制造高純度的硅溶液,并使其 結(jié)晶凝固。這樣形成的硅柱叫做錠(Ingot)。用于半導(dǎo)體中的錠采用了數(shù)納米(nm)微細(xì) 工藝,是超高純度的硅錠。
第二階段：綻切割成薄晶圓(Wafer Slicing)
為了將圓陀螺模樣的鏡制成圓盤狀的晶圓,需 要使用金剛石鋸將其切成均勻厚度的薄片。薄片的直徑?jīng)Q定了晶圓的尺寸，晶圓的尺寸有 150mm(6英寸)、200mm(8 英寸)、300mm (12 英寸)等等。晶圓越薄,制造成本越低, 直徑越大,一次可生產(chǎn)的半導(dǎo)體芯片數(shù)量就越多,因此圓的厚度和大小呈逐漸變薄和擴(kuò)大的趨勢。
第三階段：晶圓表面拋光 (Lapping&Polishing)
切割后的晶圓需要進(jìn)行加工,以使其像鏡子一 樣光滑。這是因?yàn)閯偳懈詈蟮木A表面有瑕疵 且粗糙,可能會影響電路的精密度,因此需要使用拋光液和拋光設(shè)備將晶圓表面研磨光滑。加工前的晶圓就像處于沒有穿衣服的狀態(tài)一 樣,所以叫做裸晶圓(Bare wafer)。經(jīng)過物理、 化學(xué)多個(gè)階段的加工后,可以在表面形成 IC。經(jīng)過加工階段后,會成為如下形狀。
半導(dǎo)體晶圓名稱
1、晶圓(Wafer): 晶圓是半導(dǎo)體集成電路的核心材料,是一種圓形的板。
2、晶粒(Die): 很多四邊形都聚集在圓形晶圓上。這些四邊形都是集成電子電路的 IC芯片。
3、分割線(Scribe Line): 看上去各個(gè)晶粒像是 粘在一起,但實(shí)際上晶粒和晶粒之間具有一定的間隙。該間距稱為分割線。在晶粒和晶粒之間設(shè) 置分割線的是為了在晶圓加工完成后將這些晶粒一個(gè)個(gè)割斷,然后組裝成芯片,也是為了留出用金剛石鋸切割的空間。
4、平坦區(qū)(Flat Zone): 平坦區(qū)是為區(qū)分晶圓結(jié) 構(gòu)而創(chuàng)建的區(qū)域,是晶圓加工的標(biāo)準(zhǔn)線。由于晶圓的晶體結(jié)構(gòu)非常精細(xì)并且無法用肉眼判斷,因 此以這個(gè)平坦區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)來判斷晶圓的垂直和水平。
5、 凹槽(Notch): 如今也出現(xiàn)了具有凹槽的晶 圓。和平坦區(qū)晶圓相比,凹槽晶圓可以制造更多的晶粒,因此效率很高。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)包括生產(chǎn)晶圓的晶圓產(chǎn)業(yè)以及以晶圓為材料設(shè)計(jì)和制造的晶圓加工產(chǎn)業(yè)——制造行業(yè) (Fabrication, FAB)。另外,還有組裝產(chǎn)業(yè),它將 加工過的晶圓切割成晶粒,并包裝好以防止受潮或受壓。
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部分圖文引用于——半導(dǎo)體行業(yè)前沿