集成电路晶圆制造过程

集成电路晶圆制造过程
一、集成电路晶圆制造过程
集成电路的生产从抛光硅片的下料开始。

每一步工艺生产的说明如下:
第一步:增层工艺。

对晶圆表面的氧化会形成一层保护薄膜，它可作为掺杂的屏障。

这层二氧化硅膜被称为场氧化层。

第二步:光刻工艺。

光刻制程在场氧化层上开凹孔以定义晶体管的源极、栅极和漏极的特定位置。

第三步:增层工艺。

接下来，晶圆将经过二氧化硅氧化反应加工。

晶圆暴露的硅表面会生长一层氧化薄膜。

它可作为栅极氧化层。

第四步:增层工艺。

在第四步，晶圆上沉积一层多晶硅作为栅极构造的。

第五步:光刻工艺。

在氧化层/多晶硅层按电路图形刻蚀的两个开口，它们定义了晶体管的源极和漏极区域。

第六步:掺杂工艺。

掺杂加工用于在源极和漏极区域形成N阱。

第七步:增层工艺。

在源极和漏极区域生长一层氧化膜。

第八步:光刻工艺。

分别在源极、栅极和漏极区域刻蚀形成的孔，称为接触孔。

第九步:增层工艺。

在整个晶圆的表面沉积一层导电金属，该金属通常是铝的合金。

第十步:光刻工艺。

晶圆表面金属镀层在芯片和街区上的部分按照电路图形被除去。

金属膜剩下的部分将芯片的每个元件准确无误地按照设计要求互相连接起来。

第十一步:热处理工艺。

紧随金属刻加工后，晶圆将在氮气环境下经历加热工艺。

此步加工的目的是使金属与源、漏、栅极进一步熔粘以获得更好的电性接触连结。

第十二步:增层工艺。

芯器件上的最后一层是保护层，通常被称为防刮层或钝化层。

它的用途是使芯片表面的元件在电测，封装及使用时得到保护。

第十三步:光刻工艺。

在整个工艺加工序列的最后一步是将钝化层的位于芯片周边金属引线垫上的部分刻蚀去。

这一步被称为引线垫掩膜。

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这个十二步的工艺流程举例阐述了这四种最基本的工艺方法是如何应用到制造一个具体的晶体管结构的。

电路所需的其它元件(二极管、电阻器和电容)也同时在电路的不同区域上构成。

比如说，在这个工艺流程下，电阻的图形和晶体管源/漏极图形同时被添加在晶圆上。

随后的扩散工艺形成源极/栅极和电阻。

对于其它形式的晶体管，如双极型和硅晶栅极金属氧化物半导体，也同样是由这四种最基本的工艺方法加工而成，不同的只是所用材料和工艺流程。

本文来自:/article-4159-1.html
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二、集成电路是怎么被制造出来的
普通的沙子约有 25% 的硅，是地壳中仅次于氧的最常见元素，主要以二氧化硅的形态存在。

这些硅经过多个步骤纯化后，达到足以制成芯片的质量—每十亿个硅原子中，仅能出现一个别种的原子。

最后这些高纯度的硅原子结晶成一颗巨大的单晶硅(直径 8~12 吋)，重可达100 kg～
接下来，单晶硅块被横向切成一片片薄薄的薄片，每一片就是一片「晶圆」。

这些晶圆经过抛光后，就形成了制造芯片的原料。

最早期的晶圆因为技术的关系，直径大约只有两寸，而今天最先进的晶圆厂则已经可以处理 12 寸的晶圆了。

晶圆直径越大，切割时浪费的部份就越少，而且每一颗芯片的单价越低。

再下来就开始芯片的生产啦～整块晶圆被一层薄薄的特殊材质覆盖，这种材质的特性是当它被紫外线光照射到的部份，会变成可被溶液溶解。

因此只要紫外线光透过一个有电路纹路的屏蔽照射在晶圆上，就可以在晶圆上印出和屏蔽相同的
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图案来。

在屏蔽和晶圆间有片放大镜，可以将比较大号的屏蔽图
案缩小后照在晶圆上。

上一步的时候说过，被紫外线光照射到的部份会变成可溶解，所以这时候只要把晶圆泡在溶液里，被照射到的部份就会被溶掉，只剩下没被照射到的部份。

剩下来的特殊材质成为保护硅的「保护膜」在下一步蚀刻时，有保护膜的部份不会被蚀刻掉。

最后再把特殊材质洗掉，就变成有刻入纹路的硅晶了。

除了蚀刻纹路外，为晶圆「加料」也是一个常见的步骤。

将不需要加料的部份同样的特殊材料保护起来，剩下来的部份用高速离子轰炸，就能改变硅的电气特性，形成不同的晶体管组件。

在上图的的例子中，绿色是被加料的部份，桃红色的是绝缘体，浅蓝色是被加另一种料的部份。

迷你的晶体管完成后，最后一步就是将整个晶体管绝缘起来，只留下未来要连接其它晶体管的接点。

接点的制做方式，是将铜电镀到预先留好的洞里，再把多余的铜抛光磨掉。

下一步，就是在晶体管之间拉细细的铜线。

哪条线该连到谁由芯片的设计所决定，但总而言之是非常复杂的。

虽然芯片表面上看起来是平的，但事实上可以有多达 20 层的线穿缩在晶体管之间。

线拉完之后，芯片本身的制作就完成了。

接下来是简单的测试，将一组特定的讯号送入芯片中，再比较输出的结果，看看有没有什么明显的大错误。

然后晶圆被切割成一片片的芯片，先前测试不过关的不良品就此被抛弃。

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过关的芯片下一步就是「封装」，将脆弱的芯片装入一个保护套内。

除了保护外，封装还有两个功能—下方绿色的基板提供芯片和电脑之间的接口(「针脚」)，上方的金属上盖则是连接散热片和风扇，为芯片散热。

封装好的芯片，就是我们所说的处理器。

处理器接下来被送入机器做更进一步的检测和分级—同一个系列但不同频率的芯片很有可能是来自同一块晶圆的，只是在这个步骤跟据质量被「分级」成不同的频率。

有时因为不同的市场需求，厂商会
把质量比较好的芯片标成比较低的频率，于是这之间就有了超频的空间。

标好价，就是最终产品啦～
三、晶圆的生产工艺流程:
从大的方面来讲，晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两大步骤，它又可细分为以下几道主要工序(其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序):
晶棒成长 -- 晶棒裁切与检测 -- 外径研磨 -- 切片 -- 圆边 -- 表层研磨 -- 蚀刻 -- 去疵 -- 抛光 -- 清洗 -- 检验 -- 包装
1、晶棒成长工序:它又可细分为:
1)、融化(Melt Down):将块状的高纯度复晶硅置于石英坩锅内，加热到其熔点1420?C以上，使其完全融化。

2)、颈部成长(Neck Growth):待硅融浆的温度稳定之后，将〈1.0.0〉方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸(一般约6mm左右)，维持此直径并拉长100-200mm，以消除晶种内的晶粒排列取向差异。

3)、晶冠成长(Crown Growth):颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈部直径逐渐加大到所需尺寸(如5、6、8、12吋等)。

4)、晶体成长(Body Growth):不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的
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晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值。

5)、尾部成长(Tail Growth):当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。

到此即得到一根完整的晶棒。

2、晶棒裁切与检测(Cutting & Inspection):将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。

3、外径研磨(Surface Grinding & Shaping):由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。

4、切片(Wire Saw Slicing):由于硅的硬度非常大，所以在本工序里，采用环状、其内径边缘镶嵌有钻石颗粒的薄片锯片将晶棒切割成一片片薄片。

5、圆边(Edge Profiling):由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，硅单晶又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。

6、研磨(Lapping):研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。

7、蚀刻(Etching):以化学蚀刻的方法，去掉经上几道工序加工后在晶片表面因加工应力而产生的一层损伤层。

8、去疵(Gettering):用喷砂法将晶片上的瑕疵与缺陷感到下半层，以利于后序加工。

9、抛光(Polishing):对晶片的边缘和表面进行抛光处理，一来进一步去掉附着在晶片上的微粒，二来获得极佳的表面平整度，以利于后面所要讲到的晶圆处理工序加工。

10、清洗(Cleaning):将加工完成的晶片进行最后的彻底清洗、风干。

11、检验(Inspection):进行最终全面的检验以保证产品最终达到规定的尺寸、形状、表面光洁度、平整度等技术指标。

12、包装(Packing):将成品用柔性材料，分隔、包裹、装箱，准备发往以下的芯片制造车间或出厂发往订货客户。

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