芯片制造工艺真的很难吗,七步走轻松搞定!

Dick 发表于 2016-05-12 10:30 | 分类标签:半导体芯片IC设计半导体产业

  芯片不是天然长出来的,也不是宅男用电脑打印出来的。它的诞生,是个复杂漫长的旅行。简单来分,芯片制造过程有这么几个阶段:材料制备——单晶硅制造→晶圆片生成芯片前端——芯片构建(Wafer Fabrication)

  芯片后端——封装(Package)→完整测试(Initial Test and Final Test)

  芯片制造工艺真的很难吗,七步走轻松搞定!

  备料——硅片制作芯片的制作离不开硅,作为最主要的原料,硅的处理工作至关重要。首先,硅原料要进行化学提纯,这一步骤使其达到可供半导体工业使用的原料级别。为了使这些硅原料能够满足集成电路制造的加工需要,还必须将其整形,这一步是通过溶化硅原料,然后将液态硅注入大型高温石英容器来完成的。

  而后,将原料进行高温溶化,然后从高温容器中采用旋转拉伸的方式将硅原料取出,此时一个圆柱体的硅单晶锭就产生了。目前,业界最领先工艺生产的是300mm的硅锭,也就是12寸晶圆。

  芯片制造工艺真的很难吗,七步走轻松搞定!

  在制成硅锭并确保其是一个绝对的圆柱体之后,下一个步骤就是将这个圆柱体硅锭切片,切片越薄,用料越省,自然可以生产的处理器芯片就更多。切片还要镜面精加工的处理来确保表面绝对光滑,之后检查是否有扭曲或其它问题。这一步的质量检验尤为重要,它直接决定了成品芯片的质量。

  新的切片中要掺入一些物质,使之成为真正的半导体材料,然后在其上刻划代表着各种逻辑功能的电路。掺入的物质原子进入硅原子之间的空隙,彼此之间发生原子力的作用,从而使得硅原料具有半导体的特性。今天的半导体制造多选择CMOS工艺(互补型金属氧化物半导体)。其中,互补一词表示半导体中N型MOS管和P型MOS管之间的交互作用。N和P在电子工艺中分别代表负极和正极。多数情况下,切片被掺入化学物质形成P型衬底,在其上刻划的逻辑电路要遵循nMOS电路的特性来设计,这种类型的晶体管空间利用率更高也更加节能。同时在多数情况下,必须尽量限制pMOS型晶体管的出现,因为在制造过程的后期,需要将N型材料植入P型衬底当中,这一过程会导致pMOS管的形成。

  在掺入化学物质的工作完成之后,标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热,通过控制加温时间使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度,空气成分和加温时间,该二氧化硅层的厚度是可以控制的。准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果,而且在光刻蚀过程结束之后,能够通过化学方法将其溶解并除去。光刻(Photolithography)

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  光刻是在晶圆上印制芯片电路图形的工艺,是集成电路制造的最关键步骤,在整个芯片的制造过程中约占据了整体制造成本的35%。

  光刻也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因,如果没有光刻技术的进步,集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。

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