淺談晶圓與芯片的生產(chǎn)工藝流程

我國是手機，電腦，電視生產(chǎn)和消費大國，但國外廠商通過一個小小的芯片死死掐住了很多中國企業(yè)的喉嚨。中國企業(yè)獲利微薄，擁有核心技術(shù)的美國企業(yè)是中國芯片進口的最大受益者。2016 年 10 個月 中國就花費 1，2 萬億支出進口芯片，是石油進口花費的兩倍。

集成電路 integrated circuit，俗稱芯片 chip。是一種微型電子器件或部件。采用一定工藝，把一個電路中所需的晶體管，電阻，電容和電感等元件及布線互聯(lián)在一起。制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化，低能耗，智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

現(xiàn)今世界上超大規(guī)模集成電路廠（Integrated Circuit， 簡稱 IC，臺灣稱之為晶圓廠）主要集中分布于美國、日本、西歐、新加坡及臺灣等少數(shù)發(fā)達國家和地區(qū)，其中臺灣地區(qū)占有舉足輕重的地位。但由于近年來臺灣地區(qū)歷經(jīng)地震、金融危機、政府更迭等一系列事件影響，使得本來就存在資源匱乏、市場狹小、人心浮動的臺灣島更加動蕩不安，于是就引發(fā)了一場晶圓廠外遷的風潮。而具有幅員遼闊、資源充足、巨大潛在市場、充沛的人力資源供給等方面優(yōu)勢的祖國大陸當然順理成章地成為了其首選的遷往地。

晶圓廠所生產(chǎn)的產(chǎn)品實際上包括兩大部分：晶圓切片（也簡稱為晶圓）和超大規(guī)模集成電路芯片（可簡稱為芯片）。前者只是一片像鏡子一樣的光滑圓形薄片，從嚴格的意義上來講，并沒有什么實際應(yīng)用價值，只不過是供其后芯片生產(chǎn)工序深加工的原材料。而后者才是直接應(yīng)用在應(yīng)在計算機、電子、通訊等許多行業(yè)上的最終產(chǎn)品，它可以包括 CPU、內(nèi)存單元和其它各種專業(yè)應(yīng)用芯片。

集成電路板的制作流程是什么？
1、打印電路板。將繪制好的電路板用轉(zhuǎn)印紙打印出來，注意滑的一面面向自己，一般打印兩張電路板，即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印成效很好的制作線路板。

2、裁剪覆銅板用感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板，也就是兩面都覆有銅膜的線路板，將覆銅板裁成電路板的大小，不要過大，以節(jié)約材料。

3、預(yù)處理覆銅板。用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉，以確保在轉(zhuǎn)印電路板時，熱轉(zhuǎn)印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上，打磨好的標準是板面光亮，沒有明顯污漬。

4、轉(zhuǎn)印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小，把印有電路板的一面貼在覆銅板上


晶圓的生產(chǎn)工藝流程：
從大的方面來講，晶圓生產(chǎn)包括晶棒制造和晶片制造兩面大步驟，它又可細分為以下幾道主要工序（其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部屬晶片制造，所以有時又統(tǒng)稱它們?yōu)榫е衅筇幚砉ば颍?/p>

多晶硅——單晶硅——晶棒成長——晶棒裁切與檢測——外徑研磨——切片——圓邊——表層研磨——蝕刻——去疵——拋光—（外延——蝕刻——去疵）—清洗——檢驗——包裝 1、 晶棒成長工序：它又可細分為：

1）、融化（Melt Down）：將塊狀的高純度多晶硅置石英坩鍋內(nèi)，加熱到其熔點 1420℃以上，使其完全融化。

2）、頸部成長（Neck Growth）：待硅融漿的溫度穩(wěn)定之后，將，〈1.0.0〉方向的晶種慢慢插入其中，接著將晶種慢慢往上提升，使其直徑縮小到一定尺寸（一般約 6mm 左右），維持此真徑并拉長 100---200mm，以消除晶種內(nèi)的晶粒排列取向差異。

3）、晶冠成長（Crown Growth）：頸部成長完成后，慢慢降低提升速度和溫度，使頸直徑逐漸加響應(yīng)到所需尺寸（如 5、6、8、12 時等）。

4）、晶體成長（Body Growth）：不斷調(diào)整提升速度和融煉溫度，維持固定的晶棒直徑，只到晶棒長度達到預(yù)定值。

5）、尾部成長（Tail Growth）：當晶棒長度達到預(yù)定值后再逐漸加快提升速度并提高融煉溫度，使晶棒直徑逐漸變小，以避免因熱應(yīng)力造成排差和滑移等現(xiàn)象產(chǎn)生，最終使晶棒與液面完全分離。到此即得到一根完整的晶棒。

2、晶棒裁切與檢測（Cutting & InspecTIon）：將長成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾部分，并對尺寸進行檢測，以決定下步加工的工藝參數(shù)。

3、外徑研磨（Surface Grinding & Shaping）：由于在晶棒成長過程中，其外徑尺寸和圓度均有一定偏差，其外園柱面也凹凸不平，所以必須對外徑進行修整、研磨，使其尺寸、形狀誤差均小于允許偏差。

4、切片（Wire Saw Slicing）：由于硅的硬度非常大，所以在本序里，采用環(huán)狀、其內(nèi)徑邊緣嵌有鉆石顆粒的薄鋸片將晶棒切割成一片片薄片。

5、圓邊（Edge profiling）：由于剛切下來的晶片外邊緣很鋒利，單晶硅又是脆性材料，為避免邊角崩裂影響晶片強度、破壞晶片表面光潔和對后工序帶來污染顆粒，必須用專用的電腦控制設(shè)備自動修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。

6、研磨（Lapping）：研磨的目的在于去掉切割時在晶片表面產(chǎn)生的鋸痕和破損，使晶片表面達到所要求的光潔度。

7、蝕刻（Etching）：以化學蝕刻的方法，去掉經(jīng)上幾道工序加工后在晶片表面因加工壓力而產(chǎn)生的一層損傷層。

8、去疵（Gettering）：用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷趕到下半層，以利于后序加工。

9、拋光（Polinshing）：對晶片的邊緣和表面進行拋光處理，一來，進一步去掉附著在晶片上的微粒，二來，獲得極佳的表面平整度，以利于后面所要講到的晶圓處理工序加工。

10、清洗（Cleaning）：將加工完成的晶片進行最后的徹底清洗、風干。

11、檢驗（IinspecTIon）：進行最終全面的檢驗以保證產(chǎn)品最終達到規(guī)定的尺寸、形狀、表面光潔度、平整度等技術(shù)指標。

12、包裝（Packing）：將產(chǎn)品用柔性材料分隔、包裹、裝箱，準備發(fā)往發(fā)下的芯片制造車間或出廠發(fā)往訂貨客戶。

芯片生產(chǎn)工藝流程：
芯片的制造過程可概分為晶圓處理工序（Wafer FabricaTIon）、晶圓針測工序（Wafer Probe）、構(gòu)裝工序（Packaging）、測試工序（IniTIal Test and Final Test）等幾個步驟。其中晶圓處理工序和晶圓針測工序為前道（Front End）工序，而構(gòu)裝工序、測試工序為后道（Back End）工序。

1、 晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子元件（如晶體管、電容、邏輯開關(guān)等），其處理程序通常與產(chǎn)品種類和所使用的技術(shù)有關(guān)，但一般基本步驟是先將晶圓適當清洗，再在其表面進行氧化及化學氣相沉積，然后進行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復(fù)步驟，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及元件加工制作。

2、 晶圓針測工序：經(jīng)過上道工序后，晶圓上就形成了一個個的小格，即晶粒，一般情況下，為便于測試，提高效率，同在一片晶圓上制作同一品種、規(guī)格的產(chǎn)品；但也可根據(jù)需要制作幾種不同品種、規(guī)格的產(chǎn)品。在用針測（Probe）儀對每個晶粒檢測其電氣特性，并將不合格的晶粒標上記號后，將晶圓切開，分割成一顆顆單獨的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的托盤中，不合格的晶粒則舍棄。

3、 構(gòu)裝工序：就是將單個的晶粒固定塑膠或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上的一些引線端與基座底部伸出的插腳連接，以作為與外界電路板連接之用，最后蓋上塑膠蓋板，用膠水封死。其目的是用以保護晶粒避免受到機械刮傷或高溫破壞。到此才算制成了一塊集成電路芯片（即我們在電腦里可以看到的那些黑色或褐色，兩邊或四邊帶有許多插腳或引線的矩形小塊）。

4、 測試工序：芯片制造的最后一道工序為測試，其又可分為一般測試和特殊測試，前者是將封死后的芯片置于各種環(huán)境下測試其電氣特性，如消耗功率、運行速度、耐壓度等。經(jīng)測試后的芯片，依電氣特性劃分為不同等級。而特殊測試，則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對性的專門測試，看是否能滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計專用芯片。經(jīng)過一般測試全格的產(chǎn)品貼上規(guī)格、型號及出廠日期等標識的標簽并加以包裝后既可出廠。而末通過測試的芯片則視其達到的參數(shù)情況定作降級品或廢品。

審核編輯黃昊宇