晶圆与芯片的生产工艺流程

reasonant-j · 发表于 2021-3-4 13:56

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我国是手机，电脑，电视生产和消费大国，但国外厂商通过一个小小的芯片死死掐住了很多中国企业的喉咙。中国企业获利微薄，拥有核心技术的美国企业是中国芯片进口的最大受益者。2016 年 10 个月中国就花费 1，2 万亿支出进口芯片，是石油进口花费的两倍。

集成电路 integrated circuit，俗称芯片 chip。是一种微型电子器件或部件。采用一定工艺，把一个电路中所需的晶体管，电阻，电容和电感等元件及布线互联在一起。制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化，低能耗，智能化和高可靠性方面迈进了一大步。

现今世界上超大规模集成电路厂（Integrated Circuit，简称 IC，台湾称之为晶圆厂）主要集中分布于美国、日本、西欧、新加坡及台湾等少数发达国家和地区，其中台湾地区占有举足轻重的地位。但由于近年来台湾地区历经地震、金融危机、政府更迭等一系列事件影响，使得本来就存在资源匮乏、市场狭小、人心浮动的台湾岛更加动荡不安，于是就引发了一场晶圆厂外迁的风潮。而具有幅员辽阔、资源充足、巨大潜在市场、充沛的人力资源供给等方面优势的祖国大陆当然顺理成章地成为了其首选的迁往地。

晶圆厂所生产的产品实际上包括两大部分：晶圆切片（也简称为晶圆）和超大规模集成电路芯片（可简称为芯片）。前者只是一片像镜子一样的光滑圆形薄片，从严格的意义上来讲，并没有什么实际应用价值，只不过是供其后芯片生产工序深加工的原材料。而后者才是直接应用在应在计算机、电子、通讯等许多行业上的最终产品，它可以包括 CPU、内存单元和其它各种专业应用芯片。

集成电路板的制作流程是什么？
1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印成效很好的制作线路板。

2、裁剪覆铜板用感光板制作电路板全程图解。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。

3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以确保在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。

4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上
　

晶圆的生产工艺流程：
从大的方面来讲，晶圆生产包括晶棒制造和晶片制造两面大步骤，它又可细分为以下几道主要工序（其中晶棒制造只包括下面的第一道工序，其余的全部属晶片制造，所以有时又统称它们为晶柱切片后处理工序）：

多晶硅——单晶硅——晶棒成长——晶棒裁切与检测——外径研磨——切片——圆边——表层研磨——蚀刻——去疵——抛光—（外延——蚀刻——去疵）—清洗——检验——包装 1、晶棒成长工序：它又可细分为：

1）、融化（Melt Down）：将块状的高纯度多晶硅置石英坩锅内，加热到其熔点 1420℃以上，使其完全融化。

2）、颈部成长（Neck Growth）：待硅融浆的温度稳定之后，将，〈1.0.0〉方向的晶种慢慢插入其中，接着将晶种慢慢往上提升，使其直径缩小到一定尺寸（一般约 6mm 左右），维持此真径并拉长 100---200mm，以消除晶种内的晶粒排列取向差异。

3）、晶冠成长（Crown Growth）：颈部成长完成后，慢慢降低提升速度和温度，使颈直径逐渐加响应到所需尺寸（如 5、6、8、12 时等）。

4）、晶体成长（Body Growth）：不断调整提升速度和融炼温度，维持固定的晶棒直径，只到晶棒长度达到预定值。

5）、尾部成长（Tail Growth）：当晶棒长度达到预定值后再逐渐加快提升速度并提高融炼温度，使晶棒直径逐渐变小，以避免因热应力造成排差和滑移等现象产生，最终使晶棒与液面完全分离。到此即得到一根完整的晶棒。

2、晶棒裁切与检测（Cutting & InspecTIon）：将长成的晶棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。

3、外径研磨（SuRFace Grinding & Shaping）：由于在晶棒成长过程中，其外径尺寸和圆度均有一定偏差，其外园柱面也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。

4、切片（Wire Saw Slicing）：由于硅的硬度非常大，所以在本序里，采用环状、其内径边缘嵌有钻石颗粒的薄锯片将晶棒切割成一片片薄片。

5、圆边（Edge profiling）：由于刚切下来的晶片外边缘很锋利，单晶硅又是脆性材料，为避免边角崩裂影响晶片强度、破坏晶片表面光洁和对后工序带来污染颗粒，必须用专用的电脑控制设备自动修整晶片边缘形状和外径尺寸。

6、研磨（Lapping）：研磨的目的在于去掉切割时在晶片表面产生的锯痕和破损，使晶片表面达到所要求的光洁度。

7、蚀刻（Etching）：以化学蚀刻的方法，去掉经上几道工序加工后在晶片表面因加工压力而产生的一层损伤层。

8、去疵（Gettering）：用喷砂法将晶片上的瑕疵与缺陷赶到下半层，以利于后序加工。

9、抛光（Polinshing）：对晶片的边缘和表面进行抛光处理，一来，进一步去掉附着在晶片上的微粒，二来，获得极佳的表面平整度，以利于后面所要讲到的晶圆处理工序加工。

10、清洗（Cleaning）：将加工完成的晶片进行最后的彻底清洗、风干。

11、检验（IinspecTIon）：进行最终全面的检验以保证产品最终达到规定的尺寸、形状、表面光洁度、平整度等技术指标。

12、包装（Packing）：将产品用柔性材料分隔、包裹、装箱，准备发往发下的芯片制造车间或出厂发往订货客户。

芯片生产工艺流程：
芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（Wafer FabricaTIon）、晶圆针测工序（Wafer Probe）、构装工序（Packaging）、测试工序（IniTIal Test and Final Test）等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前道（Front End）工序，而构装工序、测试工序为后道（Back End）工序。

1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工制作。

2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同在一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。在用针测（Probe）仪对每个晶粒检测其电气特性，并将不合格的晶粒标上记号后，将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒，再按其电气特性分类，装入不同的托盘中，不合格的晶粒则舍弃。

3、构装工序：就是将单个的晶粒固定塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上的一些引线端与基座底部伸出的插脚连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖板，用胶水封死。其目的是用以保护晶粒避免受到机械刮伤或高温破坏。到此才算制成了一块集成电路芯片（即我们在电脑里可以看到的那些黑色或褐色，两边或四边带有许多插脚或引线的矩形小块）。

4、测试工序：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，前者是将封死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。经过一般测试全格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后既可出厂。而末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

weqewq · 发表于 2021-3-4 14:13

integrated circuit

yu3436 · 发表于 2021-3-5 09:11

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