揭秘芯⽚制造：⼋个步骤，数百个⼯艺
当听到“半导体”这个词时，你会想到什么？它听起来复杂且遥远，但其实已经渗透到我们⽣活的各个⽅⾯：从智能⼿机、笔记本电脑、信⽤卡到地铁，我们⽇常⽣活所依赖的各种物品都⽤到了半导体。
炸薯条机
每个半导体产品的制造都需要数百个⼯艺，泛林集团将整个制造过程分为⼋个步骤：晶圆加⼯-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-互连-测试-封装。 为帮助⼤家了解和认识半导体及相关⼯艺，我们将以三期推送，为⼤家逐⼀介绍上述每个步骤。
第⼀步晶圆加⼯
所有半导体⼯艺都始于⼀粒沙⼦！因为沙⼦所含的硅是⽣产晶圆所需要的原材料。晶圆是将硅(Si)或砷化镓(GaAs)制成的单晶柱体切割形成的圆薄⽚。要提取⾼纯度的硅材料需要⽤到硅砂，⼀种⼆氧化硅含量⾼达95%的特殊材料，也是制作晶圆的主要原材料。晶圆加⼯就是制作获取上述晶圆的过程。
①铸锭
滑步机⾸先需将沙⼦加热，分离其中的⼀氧化碳和硅，并不断重复该过程直⾄获得超⾼纯度的电⼦级硅(EG-Si)。⾼纯硅熔化
⾸先需将沙⼦加热，分离其中的⼀氧化碳和硅，并不断重复该过程直⾄获得超⾼纯度的电⼦级硅(EG-Si)。⾼纯硅熔化成液体，进⽽再凝固成单晶固体形式，称为“锭”，这就是半导体制造的第⼀步。硅锭（硅柱）的制作精度要求很⾼，达到纳⽶级，其⼴泛应⽤的制造⽅法是提拉法。
②锭切割
陈皮酱前⼀个步骤完成后，需要⽤⾦刚⽯锯切掉铸锭的两端，再将其切割成⼀定厚度的薄⽚。锭薄⽚直径决定了晶圆的尺⼨，更⼤更薄的晶圆能被分割成更多的可⽤单元，有助于降低⽣产成本。切割硅锭后需在薄⽚上加⼊“平坦区”或“凹痕”标记，⽅便在后续步骤中以其为标准设置加⼯⽅向。
③晶圆表⾯抛光
通过上述切割过程获得的薄⽚被称为“裸⽚”，即未经加⼯的“原料晶圆”。裸⽚的表⾯凹凸不平，⽆法直接在上⾯印制电路图形。因此，需要先通过研磨和化学刻蚀⼯艺去除表⾯瑕疵，然后通过抛光形成光洁的表⾯，再通过清洗去除残留污染物，即可获得表⾯整洁的成品晶圆。 第⼆步氧化
氧化过程的作⽤是在晶圆表⾯形成保护膜。它可以保护晶圆不受化学杂质影响、避免漏电流进⼊电路、预防离⼦植⼊过程中的扩散以及防⽌晶圆在刻蚀时滑脱。
灯管支架氧化过程的第⼀步是去除杂质和污染物，需要通过四步去除有机物、⾦属等杂质及蒸发残留的⽔分。清洁完成后就可以将晶圆置于800⾄1200摄⽒度的⾼温环境下，通过氧⽓或蒸⽓在晶圆表⾯的流动形成⼆氧化硅（即“氧化物”）层。氧⽓扩散通过氧化层与硅反应形成不同厚度的氧化层，可以在氧化完成后测量它的厚度。
⼲法氧化和湿法氧化
根据氧化反应中氧化剂的不同，热氧化过程可分为⼲法氧化和湿法氧化，前者使⽤纯氧产⽣⼆氧化硅层，速度慢但氧化层薄⽽致密，后者需同时使⽤氧⽓和⾼溶解度的⽔蒸⽓，其特点是⽣长速度快但保护层相对较厚且密度较低。
除氧化剂以外，还有其他变量会影响到⼆氧化硅层的厚度。⾸先，晶圆结构及其表⾯缺陷和内部掺杂浓度都会影响氧化层的⽣成速率。此外，氧化设备产⽣的压⼒和温度越⾼，氧化层的⽣成就越快。在氧化过程，还需要根据单元中晶圆的位置⽽使⽤假⽚，以保护晶圆并减⼩氧化度的差异。
第三步光刻
智能低压开关柜
光刻是通过光线将电路图案“印刷”到晶圆上，我们可以将其理解为在晶圆表⾯绘制半导体制造所需的平⾯图。电路图案的精细度越⾼，成品芯⽚的集成度就越⾼，必须通过先进的光刻技术才能实现。具体来说，光刻可分为涂覆光刻胶、曝光和显影三个步骤。
①涂覆光刻胶
在晶圆上绘制电路的第⼀步是在氧化层上涂覆光刻胶。光刻胶通过改变化学性质的⽅式让晶圆成为“相纸”。晶圆表⾯的光刻胶层越薄，涂覆越均匀，可以印刷的图形就越精细。这个步骤可以采⽤“旋涂”⽅法。
根据光（紫外线）反应性的区别，光刻胶可分为两种：正胶和负胶，前者在受光后会分解并消失，从⽽留下未受光区域的图形，⽽后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来。
②曝光
在晶圆上覆盖光刻胶薄膜后，就可以通过控制光线照射来完成电路印刷，这个过程被称为“曝光”。我们可以通过曝光设备来选择性地通过光线，当光线穿过包含电路图案的掩膜时，就能将电路印制到下⽅涂有光刻胶薄膜的晶圆上。
在曝光过程中，印刷图案越精细，最终的芯⽚就能够容纳更多元件，这有助于提⾼⽣产效率并降低单个元件的成本。在这个领域，⽬前备受瞩⽬的新技术是EUV光刻。去年2⽉，泛林集团与战略合作伙伴ASML和imec共同研发出了⼀种全新的⼲膜光刻胶技术。该技术能通过提⾼分辨率（微调电路宽度的关键要素）⼤幅提升EUV光刻曝光⼯艺的⽣产率和良率。
培训台③显影
曝光之后的步骤是在晶圆上喷涂显影剂，⽬的是去除图形未覆盖区域的光刻胶，从⽽让印刷好的电路图案显现出来。显影完成后需要通过各种测量设备和光学显微镜进⾏检查，确保电路图绘制的质量。
以上是对晶圆加⼯、氧化和光刻⼯艺的简要介绍，下⾯，我们将为⼤家介绍半导体制造中两⼤重要步骤——刻蚀和薄膜沉积！
第四步刻蚀
在晶圆上完成电路图的光刻后，就要⽤刻蚀⼯艺来去除任何多余的氧化膜且只留下半导体电路图。要
做到这⼀点需要利⽤液体、⽓体或等离⼦体来去除选定的多余部分。
刻蚀的⽅法主要分为两种，取决于所使⽤的物质：使⽤特定的化学溶液进⾏化学反应来去除氧化膜的湿法刻蚀，以及使⽤⽓体或等离⼦体的⼲法刻蚀。
湿法刻蚀
使⽤化学溶液去除氧化膜的湿法刻蚀具有成本低、刻蚀速度快和⽣产率⾼的优势。然⽽，湿法刻蚀具有各向同性的特
使⽤化学溶液去除氧化膜的湿法刻蚀具有成本低、刻蚀速度快和⽣产率⾼的优势。然⽽，湿法刻蚀具有各向同性的特点，即其速度在任何⽅向上都是相同的。这会导致掩膜（或敏感膜）与刻蚀后的氧化膜不能完全对齐，因此很难处理⾮常精细的电路图。
⼲法刻蚀
⼲法刻蚀可分为三种不同类型。第⼀种为化学刻蚀，其使⽤的是刻蚀⽓体（主要是氟化氢）。和湿法刻蚀⼀样，这种⽅法也是各向同性的，这意味着它也不适合⽤于精细的刻蚀。
第⼆种⽅法是物理溅射，即⽤等离⼦体中的离⼦来撞击并去除多余的氧化层。作为⼀种各向异性的刻蚀⽅法，溅射刻蚀在⽔平和垂直⽅向的刻蚀速度是不同的，因此它的精细度也要超过化学刻蚀。但这种⽅法的缺点是刻蚀速度较慢，因为它完全依赖于离⼦碰撞引起的物理反应。
最后的第三种⽅法就是反应离⼦刻蚀(RIE)。RIE结合了前两种⽅法，即在利⽤等离⼦体进⾏电离物理刻蚀的同时，借助等离⼦体活化后产⽣的⾃由基进⾏化学刻蚀。除了刻蚀速度超过前两种⽅法以外，RIE可以利⽤离⼦各向异性的特性，实现⾼精细度图案的刻蚀。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议