半导体 | 晶圆制造工艺基础知识

晶粒（chip、die）、器件（device）、电路（circuit）、微芯片（microchip）或条码（bar）：下图中可以看到，很多四边形都聚集在圆形晶圆上，所有这些名词指的都是这些四边形代表的微芯片图形。将测试合格的die切割下来，做封装后就成为芯片，***个芯片封装***个die称为单封，封装两个或两个以上的die称为合封。

• 工程实验片（engineering die）和测试晶粒（test die）：这些晶粒与正式晶粒或电路晶粒不同。它包括特殊的器件和电路模块用于晶圆生产工艺的电性测试；

  
  

  

  
  

• 晶圆的晶面（wafer crystal plane）：图中的剖面标示了器件下面的晶格构造，此图中显示的器件边缘与晶格构造的方向是确定的；

• 以***个中规模(MSI)/双极型集成电路（IC）的显微照片为例。中芯片的特性是:

  ②.电路的特定编号
  ④.压焊点上的***小块污染物
  ⑥.划片线(芯片间的分割线)
  ⑧.掩模版对准标记
  

  三、晶圆制造的基本流程

  

  1.薄膜工艺我们知道在比人类的“指甲盖”还小、像纸***样薄的半导体芯片上有着细小的、数以“百万计”的层 (layer)。就像高楼大厦***样高而坚固地堆叠起来, 构成复杂的结构。薄膜分类、工艺及材料分类

  
  

  图形化工艺是所有工艺中***关键的，图形化工艺确定了器件的关键尺寸。图形化工艺过程中的错误可能造成图形歪曲或套准不好，***终影响器件性能。图形化工艺在现代晶圆中要完成30层或更多，制程中的污染物会造成缺陷，缺陷也会影响器件性能。

  电路设计是生产芯片整个过程的第***步，电路设计由布局和设计电路上***块块的功能电路图开始，比如逻辑功能图。这个逻辑设计了电路要求的主要功能和运算，设计人员将逻辑功能转化为电路图，电路图标出了各种电路元件的数量和连接关系，每***个元件在图上由符号表示，附在电路图上的是电路运行必需的电参数（电压、电流、电阻等）。

  

  电路的工作运行与很多因素相关，包括材料电阻率，材料物理特性和元件的物理尺寸。另外的因素是各个元件之间的相对定位关系。所有这些要考虑的因素决定了元件、器件、电路的物理布局和尺寸。线路图设计使用专用的软件将电路元件转为具体的图形和尺寸。制造集成电路和盖楼房同样需要***层***层的建，因此必须将电路的复合图分解为每层的设计图，每层的图形是数字化的（数字化使图形转换为数据库）并由计算机处理的X-Y坐标的设计图。

  

  光刻工艺用于晶圆表面和内部产生需要的图形和尺寸。光刻母版是在玻璃或石英板的镀薄膜铬层上生成分层设计电路图的复制图。电子束曝光系统跳过母版或掩膜版，直接在晶圆上曝光。光刻母版和掩膜版由工厂单独的部门制造或从外部供应商购买，每个电路类型都有自己分别的光刻母版或掩膜版。

  

  

  3.掺杂工艺掺杂是将特定量的杂质通过薄膜开口引入晶圆表层的工艺过程，其本质是在晶圆上制作P、N结。它有两种工艺方法：热扩散（thermal diffusion）和离子注入（ion implantation）。热扩散是在1000℃左右的高温下发生的反应，气态下的掺杂原子通过扩散化学反应迁移到暴露的晶圆表面，形成***层薄膜，在芯片应用中，热扩散也称为固态扩散，因为晶圆材料是固态的。扩散掺杂是***个化反应过程，由物理规律支配杂质的扩散运动。离子注入是***个物理过程，在离子源的***端，掺杂体原子被离子化（带有***定的电荷），被电场加到超高速，穿过晶圆表面，注入到晶圆表层中。

  
  
  

  在离子注入制程后会有***个重要的热处理。掺杂原子的注入所造成的晶圆损伤会被热处理修复，这被称为退火（anneal），温度在1000℃左右。金属导线制成后为了确保良好的导电性，金属会在450℃热处理后与晶圆表面紧密熔合。热处理的第三种重要用途是通过加热在晶圆表面的光刻胶将溶剂蒸发掉，从而得到精确的图形。

  

  芯片制备完成后，绝大部分芯片都会被传送到第4个制造阶段-封装（packaging），封装过程中，晶圆被分成许多小芯片，合格的芯片被封装在***个保护壳内，也有***些芯无需封装直接合成到电子系统中。
  

(文章来源于仪器网)