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芯片是如何制造的_芯片设计生产制造全流程

发布时间:2022-09-27

来源:IC修真院

一颗芯片的诞生会经历芯片设计、芯片制造、封装制作、测试等,芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样,先有晶圆作为地基,再层层往上叠的芯片制造流程后,就可产出必要的 IC 芯片(这些会在后面介绍)。本文给大家介绍一颗芯片是如何制造出来的。

第一步:布局和设计

芯片必须始终经过精心设计

因为这些是高度复杂的芯片,由数十亿集成和连接的晶体管组成构成复杂的电路,例如微控制器和密码芯片,必须测量几平方毫米的尺寸仔细勾勒。

微组件的实际数量需要一个定义芯片功能的深入设计过程,这实际上表征了芯片的技术和物理特性。

事实上,特殊的设计工具被用来放弃集成电路的计划,构建一个三明治层的三维结构。

该蓝图被转移到光掩模,以给出电路的几何图像,在后续芯片制造过程中

光掩模用作图像模板,以确保芯片的微观结构完美再现。

这些是你在微芯片上看到的图案,它们必须在温度湿度稳定的无尘环境中制造。

第二步:把它放在一个无尘的房间里

芯片必须在无尘室中制造,不允许超过一个大于0.5μm的颗粒进入。这个地方非常复杂,每小时循环数百万立方米的空气,数百个风量调节器保持恒定的气流,这些生产区域的员工需要极其严格的着装要求。

正是在这里,所有芯片都建立在从硅锭切割而成的基础晶片上。

根据芯片的大小,可以在一个晶片上制造几十个或几千个芯片。由于其尺寸小,晶片表面在大约1000摄氏度的高温炉中被氧化以形成非导电层。

之后,底部抗蚀剂材料均匀分布在该非导电层上,然后在该涂层上使用离心力

这个过程产生了一个光敏层,然后通过光掩模和特殊曝光将晶片曝光。芯片上的这些区域,用于将电路设计的复杂几何图案转移到硅片上

显影芯片图案的暴露区域,显示下面的氧化物延迟

未暴露的部分保留下来

因为它保护了之后的氧化物层,暴露的氧化物层在用等离子体显影的区域中被蚀刻掉。此工艺中的蚀刻,将特殊气体与待在反应室中移除的基材结合,这使得可以在窗口中移除微观层。

在上一步中曝光和显影的区域,一旦光致抗蚀剂残留物被剥离,晶片被清洁后,它将经历进一步的氧化。

然后在该绝缘层上沉积多晶硅,再次施加光致抗蚀剂,并且晶片通过掩模暴露于光,再次剥离曝光的光致抗蚀剂。

现在,这两层多晶硅和薄氧化层被蚀刻掉。

第3步:掺杂工艺

这是将不纯原子引入暴露的硅中的过程,离子注入机用于将杂质诱导原子引入硅中,这只改变了暴露硅的导电率一微米。剥离光致抗蚀剂残留物后,施加另一氧化层,并且晶圆将施加光致抗蚀剂的另一循环。

通过掩模曝光,添加剥离接触孔以允许导电层的接触和互连能够集成到晶片中,这是通过在晶片和专用机器上沉积各种金属合金来实现的,这提高了微芯片的效率。

第四步:平滑精整

在掩模上施加光刻胶,使得未暴露的跳闸在蚀刻工艺之后保持原样,这为底层提供了一个接触点,使绝缘层具有光滑的表面。

这需要一种化学机械工艺,用于以微米精度抛光多余的材料。

根据芯片的尺寸和类型,这些单独的步骤可以在制造过程中进行多次,直到集成电路最终完成。

晶圆现在将有几十个芯片,通常从晶片中寻找单个芯片,而且芯片在晶片上并没有相互对齐,这是因为晶片的微小部分在锯切过程中会脱落,并且始终保留一定量的空间称为划线。在单个芯片之间,也有一些结构放置在该划线中,以便在生产后立即进行测量,这只是为了找出哪些芯片质量良好。

这些特定结构在缝纫过程中会被破坏,并且得到的芯片的尺寸通常在一平方毫米到几平方厘米之间变化。

第五步:组装

组装是将单个芯片放置在封装上并连接端子的阶段,结果是一种更薄的半导电器件,可以安装在电路板上,在多对多连接上使用各种类型的终端,还将有现成的半导体组件和用于电力相关活动的较大封装

半导体可用于许多应用,如:

火车、电动汽车、太阳能电池板和风力涡轮机。这些半导体被构造成转换高达几百安培的电流,可以达到数千的电压,在这个水平上的切换会导致非常高的温度,这些热量必须通过集成到封装中的一些冷却区域散发,这也是半导体的一个重要方面,并且必须包括在制造过程中。

任何设备的质量检查都非常重要,为了检查半导体的质量,扫描电子显微镜经常用于在生产过程中的不同点重复检查芯片

如果我们将今天的微电子技术与人类头发大小相比较,我们可以看到这些设备有多小

因此,生产过程必须高度专业化和完善。


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