集成电路制造过程

集成电路或称微电路、微芯片晶片/芯片（在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。半导体集成电路工艺，包括以下步骤，并重复使用：1. 光刻2. 刻蚀3. 薄膜(化学气相沉积或物理气相沉积）4. 掺杂（热扩散或离子注入）5. 化学机械平坦化CMP使用单晶硅晶圆（或III-V族，如砷化镓）用作基层，然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件，再利用薄膜和CMP技术制成导线，如此便完成芯片制作。因产品性能需求及成本考量，导线可分为铝工艺（以溅镀为主）和铜工艺（以电镀为主参见Damascene）。主要的工艺技术可以分为以下几大类：黄光微影、刻蚀、扩散、薄膜、平坦化制成、金属化制成。IC由很多重叠的层组成，每层由影像技术定义，通常用不同的颜色表示。一些层标明在哪里不同的掺杂剂扩散进基层（成为扩散层），一些定义哪里额外的离子灌输（灌输层），一些定义导体（多晶硅或金属层），一些定义传导层之间的连接（过孔或接触层）。所有的组件由这些层的特定组合构成。1. 在一个自排列（CMOS）过程中，所有门层（多晶硅或金属）穿过扩散层的地方形成晶体管。2. 电阻结构，电阻结构的长宽比，结合表面电阻系数，决定电阻。3. 电容结构，由于尺寸限制，在IC上只能产生很小的电容。4. 更为少见的电感结构，可以制作芯片载电感或由回旋器模拟。因为CMOS设备只引导电流在逻辑门之间转换，CMOS设备比双极型组件（如双极性晶体管）消耗的电流少很多，也是现在主流的组件。透过电路的设计，将多颗的晶体管管画在硅晶圆上，就可以画出不同作用的集成电路。 随机存取存储器是最常见类型的集成电路，所以密度最高的设备是存储器，但即使是微处理器上也有存储器。尽管结构非常复杂－几十年来芯片宽度一直减少－但集成电路的层依然比宽度薄很多。组件层的制作非常像照相过程。虽然可见光谱中的光波不能用来曝光组件层，因为他们太大了。高频光子（通常是紫外线）被用来创造每层的图案。因为每个特征都非常小，对于一个正在调试制造过程的过程工程师来说，电子显微镜是必要工具。在使用自动测试设备（ATE）包装前，每个设备都要进行测试。测试过程称为晶圆测试或晶圆探通。晶圆被切割成矩形块，每个被称为晶片（“die”）。每个好的die被焊在“pads”上的铝线或金线，连接到封装内，pads通常在die的边上。封装之后，设备在晶圆探通中使用的相同或相似的ATE上进行终检。测试成本可以达到低成本产品的制造成本的25％，但是对于低产出，大型和/或高成本的设备，可以忽略不计。

半导体产业开始于上世纪。随着 1947 年固体晶体管的发明， 半导体行业已经获得了长足发展， 之后的发展方向是引入了集成电路和硅材料。集成电路将多个元件结合在了一块芯片上，提高了芯片性能、降低了成本。随着硅材料的引入，芯片工艺逐步演化为器件在硅片上层以及电路层的衬底上淀积。

芯片制造主要有五大步骤：硅片制备、芯片制造、芯片测试与挑选、装配与封装、终测。

芯片制造主要有五大步骤_国内硅片制造商迎来春天

芯片制造的五大步骤

（1）硅片制备。

首先是将硅从矿物中提纯并纯化，经过特殊工艺产生适当直径的硅锭。然后将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片。最后按照不同的定位边和沾污水平等参数制成不同规格的硅片。 本文讨论的主要内容就是硅片制备环节。

（2）芯片制造。

裸露的硅片到达硅片制厂，经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂等步骤，硅片上就刻蚀了一整套集成电路。芯片测试/拣选。 芯片制造完后将被送到测试与拣选区，在那里对单个芯片进行探测和电学测试，然后拣选出合格的产品，并对有缺陷的产品进行标记。

（3）装配与封装。

硅片经过测试和拣选后就进入了装配和封装环节，目的是把单个的芯片包装在一个保护壳管内。 硅片的背面需要进行研磨以减少衬底的厚度，然后把一个后塑料膜贴附在硅片背面，再沿划线片用带金刚石尖的锯刃将硅片上每个芯片分开，塑料膜能保持芯片不脱落。在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包，再将芯片密封在塑料或陶瓷壳内。

（4）终测。

为确保芯片的功能， 需要对每一个被封装的集成电路进行测试， 以满足制造商的电学和环节的特性参数要求。

硅片制作的工艺流程

硅片制备之前是制作高纯度的半导体级硅（semiconductor-grade silicon， SGS），也被称为电子级硅。 制备过程大概分为三步，第一步是通过加热含碳的硅石（SiO2） 来生成气态的氧化硅 SiO；第二步是用纯度大概 98%的氧化硅，通过压碎和化学反应生产含硅的三氯硅烷气体（SiHCl3）； 第三步是用三氯硅烷经过再一次的化学过程，用氢气还原制备出纯度为 99.9999999%的半导体级硅。

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半导体硅的生产过程

对半导体级硅进一步加工得到硅片的过程被称为硅片制备环节。 硅片制备包括晶体生长、整型、切片、抛光、清洗和检测等步骤，通过单晶硅生长、 机械加工、化学处理、表面抛光和质量检测等环节最终生产出符合条件的高质量硅片。

首先纠正基本概念：“半导体绝对不是两种以上材料合在一起成为一个芯片”，正确是“半导体以极纯化的单晶硅为基材渗入少量纯化物质，再经过精准流程制造出晶圆，再由复杂工序制成芯片”。

务必接受这个概念才能进一步理解。

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