集成電路制造工藝

1、集成電路制造工藝一、集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程設(shè)計(jì)一掩膜版-芯片斗造一芯片檢測一封裝一測試沙子一硅錠-晶圓設(shè)計(jì)：功能要求一行為設(shè)計(jì)一行為仿真-時(shí)序仿真一布局布線一版圖-后仿真。展廳描述的是制造環(huán)節(jié)過程，分為晶圓制造與芯片制造工藝。圖形轉(zhuǎn)換，將設(shè)計(jì)在掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上光刻：光刻膠、掩膜版、光刻機(jī)三要素。光刻 刻蝕: 參雜，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管 接觸等制作各種材料的薄膜二、晶圓制造1 .沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，脫氧后的沙子（尤其是石英）最多包含25%的硅元素，主要以二氧化硅（SiO2）的形式存在。2 .硅熔煉：通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體

2、制造 質(zhì)量的硅，學(xué)名電 子級(jí)硅（EGS）,平均每一百萬個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。（本 文指12英寸/300毫米晶圓級(jí)，下同。）3 .單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，重約100千克，硅純度99.9999 %4 .硅錠切割：橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們常說的晶圓 (Wafer)。5 .晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無瑕，表面甚至可 以當(dāng)鏡子。Intel自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是從第三方半導(dǎo)體企業(yè) 那里直接購買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工， 比如現(xiàn)在主 流的45nm HKMG（高K金屬柵極）。Intel公司創(chuàng)立之初使用的晶圓 尺寸只有2英寸/50毫米。三、芯片制造過程6

3、.光刻膠(Photo Resist):圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆 上去的光刻膠液體，類似制作傳統(tǒng)膠片的那種。晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻 膠鋪的非常薄、非常平。光刻一：光刻膠層隨后透過掩模(Mask)被曝光在紫外線(UV)之下, 變得可溶，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的 變化。掩模上印著預(yù)先 設(shè)計(jì)好的電路圖案,紫外線透過它照在光刻膠 層上，就會(huì)形成微處理器的每一層電路圖案。一般來說，在晶圓上得 到的電路圖案是掩模上圖案的四分之一。紫外光（UV）分類，g線：436nm;i線：365nm 。深紫外光（DUV） ,KrF準(zhǔn)分子激光：248 nm, ArF 準(zhǔn)分子激光：193 nm。

4、極紫外光（EUV）, 10- 15 nm 。光刻二：由此進(jìn)入50-200納米尺寸的晶體管級(jí)別。一塊晶圓上可以 切割出數(shù)百個(gè)處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個(gè)上，展 示如何制作晶體管等部件。現(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個(gè)針頭上 就能放下大約3000萬個(gè)。晶體管：是一種固體半導(dǎo)體器件，具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、 三極管、場效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時(shí)多指晶體三極管。第四階段7 .溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清 除后留下的圖案和掩模上的一致。8 .蝕刻：使用化學(xué)物

5、質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻 膠保護(hù)著不應(yīng)該蝕刻的部分。9 .清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后 就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。第五階段10 .光刻膠：再次澆上光刻膠（藍(lán)色部分），然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護(hù)不會(huì)離子注入的那部分材料。11 .離子注入（Ion Implantation）:在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的、要摻雜的原子的離子照射（注入）固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成 特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。經(jīng)過電場加速后，注 入的離子流的速度可以超過30萬千米每小時(shí)。12 .清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)

6、域（綠 色部分）也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時(shí)候的綠色和之前已 經(jīng)有所不同。第六階段13 .晶體管就緒：至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在絕緣材（品紅色）上 蝕刻出三個(gè)孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。14 .電鍍：在晶圓上電鍍一層硫酸銅，將銅離子沉淀到晶體管上。銅 離子會(huì)從正極（陽極）走向負(fù)極（陰極）。1-15 .銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個(gè)薄薄的銅層。第七階段16 .拋光：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面18 .金屬層：晶體管級(jí)別，六個(gè)晶體管的組合，大約 500納米。在不同晶體管之間形成復(fù)合互連金屬層，具體布局取決于相應(yīng)處理器所需要的不同功能性。芯片表面看起來異

7、常平滑，但事實(shí)上可能包含20多層復(fù)雜的電路，放大之后可以看到極其復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)，形如未來派的多層高速公路系統(tǒng)。第八階段19 .晶圓測試：內(nèi)核級(jí)別，大約10毫米/0.5英寸。圖中是晶圓的局 部，正在接受第一次功能性測試，使用參考電路圖案和每一塊芯片進(jìn) 行對(duì)比。20 .晶圓切片(Slicing):晶圓級(jí)別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個(gè)處理器的內(nèi)核(Die)21 .丟棄瑕疵內(nèi)核：晶圓級(jí)別。測試過程中發(fā)現(xiàn)的有瑕疵的內(nèi)核被拋棄，留下完好的準(zhǔn)備進(jìn)入下一步第九階段22.單個(gè)內(nèi)核：內(nèi)核級(jí)別。從晶圓上切割下來的單個(gè)內(nèi)核，這里展示23 .封裝：封裝級(jí)別，20毫米/1英寸。襯底（基片）、內(nèi)核、散熱片堆 疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底 （綠色）相當(dāng)于一 個(gè)底座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機(jī)械界面，便于與 PC系統(tǒng)的其 它部分交互。散熱片（銀色）就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱的了。24 .處理器：至此就得到完整的處理器了（這里是一顆Core i7）。這 種在世界上最干凈的房間里制造出來的最復(fù)雜的產(chǎn)品實(shí)際上是經(jīng)過 數(shù)百個(gè)步驟得來的，這里只是展示了其中的一些關(guān)鍵步驟。第十階段25 .等級(jí)測試：最后一次測試，可以鑒別出每一顆處理器的關(guān)鍵特性,比如最高頻率、功耗、發(fā)熱量等，并決定處理器的等級(jí)，比如適合做 成最高端的Core i7-97