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半導(dǎo)體的制備半導(dǎo)體芯片的制造過程可以分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻,蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測(cè)試與切割、核心封裝、等級(jí)測(cè)試、包裝等諸多步驟,而且每一步里邊又包含更多細(xì)致的過程。
1、沙子:硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素,而脫氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在,這也是半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。 2、硅熔煉:12英寸/300毫米晶圓級(jí),下同。通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造質(zhì)量的硅,學(xué)名電子級(jí)硅(EGS),平均每一百萬個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的,最后得到的就是硅錠。 3、單晶硅錠:整體基本呈圓柱形,重約100千克,硅純度99.9999%。 4、硅錠切割:橫向切割成圓形的單個(gè)硅片,也就是我們常說的晶圓(Wafer)。 5、晶圓:切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕,表面甚至可以當(dāng)鏡子。 6、光刻膠(Photo Resist):圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體,類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。 7、光刻:光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下,變得可溶,期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案,紫外線透過它照在光刻膠層上,就會(huì)形成微處理器的每一層電路圖案。 8、溶解光刻膠:光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉,清除后留下的圖案和掩模上的一致。 9、蝕刻:使用化學(xué)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分,而剩下的光刻膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。 10、清除光刻膠:蝕刻完成后,光刻膠的使命宣告完成,全部清除后就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。 再次光刻膠:再次澆上光刻膠(藍(lán)色部分),然后光刻,并洗掉曝光的部分,剩下的光刻膠還是用來保護(hù)不會(huì)離子注入的那部分材料。 11、離子注入(Ion Implantation):在真空系統(tǒng)中,用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射(注入)固體材料,從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層,并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場(chǎng)加速后,注入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時(shí)。 12、清除光刻膠:離子注入完成后,光刻膠也被清除,而注入?yún)^(qū)域(綠色部分)也已摻雜,注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。 13、晶體管就緒:至此,晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材(品紅色)上蝕刻出三個(gè)孔洞,并填充銅,以便和其它晶體管互連。 14、電鍍:在晶圓上電鍍一層硫酸銅,將銅離子沉淀到晶體管上。銅離子會(huì)從正極(陽極)走向負(fù)極(陰極)。 15、銅層:電鍍完成后,銅離子沉積在晶圓表面,形成一個(gè)薄薄的銅層。 16、拋光:將多余的銅拋光掉,也就是磨光晶圓表面。 17、金屬層:晶體管級(jí)別,六個(gè)晶體管的組合,大約500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層,具體布局取決于相應(yīng)處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異常平滑,但事實(shí)上可能包含20多層復(fù)雜的電路,放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò),形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。 18、晶圓測(cè)試:內(nèi)核級(jí)別,大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局部,正在接受第一次功能性測(cè)試,使用參考電路圖案和每一塊芯片進(jìn)行對(duì)比。 19、晶圓切片(Slicing):晶圓級(jí)別,300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊,每一塊就是芯片的內(nèi)核(Die)。 20、丟棄瑕疵內(nèi)核:晶圓級(jí)別。測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內(nèi)核被拋棄,留下完好的準(zhǔn)備進(jìn)入下一步 21、封裝 |
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