集成電路制造工藝

1、集成電路制造工藝一、集成電路設(shè)計與制造的主要流程設(shè)計-掩膜版-芯片制造芯片檢測封裝測試沙子硅錠-晶圓設(shè)計：功能要求行為設(shè)計行為仿真-時序仿真布局布線版圖-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、光刻機三要素。光刻刻蝕：參雜，根據(jù)設(shè)計需要，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)體制造質(zhì)量的硅，學(xué)名電

2、子級硅(EGS)，平均每一百萬個硅原子中最多只有一個雜質(zhì)原子。（本文指12英寸/300毫米晶圓級，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. 光刻膠(Photo Resist)：圖中

3、藍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)類似按下機械相機快門那一刻膠片的變化。掩模上印著預(yù)先設(shè)計好的電路圖案，紫外線透過它照在光刻膠層上，就會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。極紫外光（EUV），10- 15 nm。光刻二：由此進入5

4、0-200納米尺寸的晶體管級別。一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個處理器，不過從這里開始把視野縮小到其中一個上，展示如何制作晶體管等部件?，F(xiàn)在的晶體管已經(jīng)如此之小，一個針頭上就能放下大約3000萬個。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)物質(zhì)溶解掉暴露出來的晶圓部分，而剩下的光刻膠保護著不應(yīng)該蝕刻的部分。9.

5、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)計好的電路圖案。第五階段10. 光刻膠：再次澆上光刻膠(藍色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來保護不會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。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)域(綠色部分)也已摻雜，注入了不同的原子。注意這時候的綠色和之前已經(jīng)有所不同。第

6、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。銅離子會從正極(陽極)走向負(fù)極(陰極)。15. 銅層：電鍍完成后，銅離子沉積在晶圓表面，形成一個薄薄的銅層。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：晶體管級別，六個晶體管的組合，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。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含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

7、高速公路系統(tǒng)。第八階段19. 晶圓測試：內(nèi)核級別，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行對比。20. 晶圓切片(Slicing)：晶圓級別，300毫米/12英寸。將晶圓切割成塊，每一塊就是一個處理器的內(nèi)核(Die)。21. 丟棄瑕疵內(nèi)核：晶圓級別。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)備進入下一步。第九階段22. 單個內(nèi)核：內(nèi)核級別。從晶圓上切割下來的單個內(nèi)核，這里展示的是Core i7的核心。23.封裝：封裝級別，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)于一個底座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機械界面，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)品實際上是經(jīng)過數(shù)百個步驟得來的，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，比如適合做成最高端的Core i7-97