芯片制造全过程-晶片制作(图示)
芯片制作完整过程大致包括:芯片设计、晶片制作、封装制作、成本测试等几个大环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。下面图示让我们共同来了解一下晶片制作的过程。
1 从沙子到硅片
前一篇文章《沙子如何变成硅?》中提到过以下步骤。
从多晶硅到硅片的12个大工艺流程
1)多晶硅
多晶硅,是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。
2)晶体生长
3)单晶硅锭
单晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
4)晶体修整和研磨
5)切片
6)边缘倒圆
7)研磨
8)蚀刻(化学抛光)
9)抛光
10)清洁
11)检查
12)包装/运输
2 从硅片到IC
硅片的到IC的处理流程大体分为两步:前端和后端
2.1 前端(FE)工艺
(1)晶圆制备
(2)半导体电路设计
(3)掩模板制备
(4)氧化分层
热氧化 -制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate)
(5)光刻胶涂层
(6)步进曝光
(7)光刻
用紫外线透过掩模板照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆。
(8)蚀刻
蚀刻分为干蚀刻和湿蚀刻:
干蚀刻 -之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的。现在就要用等离子体把他们洗掉,或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构,这一步进行蚀刻。
湿蚀刻- 进一步洗掉,但是用的是试剂, 所以叫湿蚀刻—— 以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦,但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做,以达到要求。
(9)离子注入
在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管。
(10)气相沉积
化学气相淀积(CVD),进一步精细处理表面的各种物质。物理气相淀积 (PVD),类似,而且可以给敏感部件加coating
(12)电镀处理
(13)晶圆测试
2.2 后端(BE)工艺
•固化裸片粘贴浆料,以使其硬化并获得最佳的机械和电气性能。
•用胶水粘贴的产品要长时间保持温度(通常在125〜175°C左右)。
引线键合(Wire Bonding)
模具和引线框架之间的电连接,使用金,铜,铝线。
打标
•在包装上贴上标识,可追溯性和区分标记。
•使用墨水或激光方法标记包装。
•在许多应用中,激光打标是首选,因为它具有更高的通量和更好的分辨率。
芯片横截面
封装
封装将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN 等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。
测试
芯片制造的最后一道工序为测试,其又可分为一般测试和特殊测试,前者是将封装后的芯片置于各种环境下测试其电气特性,如消耗功率、运行速度、耐压度等。经测试后的芯片,依其电气特性划分为不同等级。而特殊测试则是根据客户特殊需求的技术参数,从相近参数规格、品种中拿出部分芯片,做有针对性的专门测试,看是否能满足客户的特殊需求,以决定是否须为客户设计专用芯片。经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂。而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降级品或废品。
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