制造半導(dǎo)體芯片的十個(gè)關(guān)鍵步驟

半導(dǎo)體制造廠，也稱為晶圓廠，是集成了高度復(fù)雜工藝流程與尖端技術(shù)之地。這些工藝步驟環(huán)環(huán)相扣，每一步都對(duì)最終產(chǎn)品的性能與可靠性起著關(guān)鍵作用。

本文以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制程為例，對(duì)芯片制造過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。CMOS技術(shù)廣泛應(yīng)用于微處理器等集成電路的生產(chǎn)，是現(xiàn)代電子工業(yè)的核心工藝之一。

1. 設(shè)計(jì)和掩模制作：

該過(guò)程從芯片設(shè)計(jì)開(kāi)始。工程師創(chuàng)建詳細(xì)的布局設(shè)計(jì)，指定晶體管、電阻器和其他組件的放置和互連方式。工程師將使用該設(shè)計(jì)來(lái)創(chuàng)建掩模，作為定義在制造過(guò)程中轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶圓上的圖案的模板。

2. 晶圓準(zhǔn)備：

工程師使用硅晶圓作為基板，承擔(dān)拋光和清潔的任務(wù)，以消除任何雜質(zhì)。接下來(lái)，會(huì)在硅晶圓表面形成一層薄薄的氧化層。為后續(xù)的工藝步驟提供了平滑且均勻的起點(diǎn)。通過(guò)控制氧化層的形成條件，可以確保其具有所需的物理和化學(xué)特性，為后續(xù)沉積和圖案轉(zhuǎn)移等工藝提供良好的基礎(chǔ)。

3、光刻：

在光刻過(guò)程中，工程師將使用先前創(chuàng)建的掩模來(lái)完成關(guān)鍵的圖像轉(zhuǎn)移步驟。首先，他們?cè)诰A表面涂上一層光刻膠，并將掩模放置在光刻膠上。隨后，通過(guò)特定的光源和透鏡系統(tǒng)，將掩模上的圖案曝光在晶圓表面的光刻膠上。這一曝光過(guò)程使得掩模上的圖案被精確地轉(zhuǎn)移到光刻膠上。

接下來(lái)，通過(guò)顯影步驟，將曝光或未曝光的區(qū)域進(jìn)行選擇性去除。經(jīng)過(guò)顯影后，光刻膠上的圖案被保留在晶圓表面，為后續(xù)的蝕刻和材料去除步驟提供精確的指引。

4、刻蝕：

刻蝕用于從已選擇性去除光刻膠的晶圓上去除材料。為了創(chuàng)建所需的圖案，工程師們采用各種不同的刻蝕工藝來(lái)處理不同的材料，例如二氧化硅、多晶硅和金屬層等。通過(guò)精確控制刻蝕過(guò)程，可以確保材料被精確地去除，從而形成精確的圖案和結(jié)構(gòu)。

5. 沉積：

化學(xué)氣相沉積 (CVD) 或物理氣相沉積 (PVD) 等技術(shù)將各種材料的薄膜（例如金屬或絕緣層）沉積到晶圓表面上。這些沉積層形成了半導(dǎo)體器件的導(dǎo)電路徑、絕緣層和其他元件。

6. 離子注入：

此步驟涉及將摻雜劑離子引入晶圓的特定區(qū)域以改變其電性能。離子注入是用一定能量級(jí)的離子束入射，與材料中的原子或分子發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，使材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。離子注入對(duì)于產(chǎn)生所需的晶體管特性至關(guān)重要。

7. 退火：

經(jīng)離子注入階段后，晶圓會(huì)進(jìn)行高溫退火處理，這一步驟的主要目的是激活摻雜劑并修復(fù)注入過(guò)程中可能造成的任何結(jié)構(gòu)損傷。通過(guò)退火處理，因離子注入而產(chǎn)生的缺陷得以修復(fù)，晶圓的完整性得以恢復(fù)，為后續(xù)的制造步驟奠定基礎(chǔ)。

8. 化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）：

CMP 負(fù)責(zé)確保晶圓表面的平滑和均勻。此步驟主要任務(wù)是消除表面上的任何凸起或凹陷，創(chuàng)建一個(gè)光滑均勻的表面。一個(gè)平滑且均勻的表面能夠減少缺陷、提高電學(xué)性能，并增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠性。

9. 計(jì)量檢驗(yàn)：

在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，工程師會(huì)進(jìn)行了一系列測(cè)量和檢查，以確保每個(gè)步驟都符合所需的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。這涉及到使用高度精確和復(fù)雜的工具來(lái)檢查尺寸、層厚度、材料純度以及其他關(guān)鍵參數(shù)。測(cè)量和檢查的準(zhǔn)確性對(duì)于制造出高性能和可靠性的半導(dǎo)體器件至關(guān)重要。

10. 包裝：

最后來(lái)到封裝、測(cè)試環(huán)節(jié)，并準(zhǔn)備分發(fā)和使用。封裝是保護(hù)芯片免受環(huán)境影響的關(guān)鍵步驟，同時(shí)還要確保其電學(xué)和熱學(xué)性能符合設(shè)計(jì)要求。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，封裝工藝也在不斷發(fā)展，以適應(yīng)更小型化、高性能化的半導(dǎo)體器件需求。

來(lái)源：微電子制造