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揭秘丨半導體的微納加工全流程

2022-03-28
每個半導體產品的制造都需要數百個微納加工工藝,博研將整個制造過程分為八個步驟:晶圓加工-氧化-光刻-刻蝕-薄膜沉積-互連-測試-封裝。
 揭秘丨半導體的微納加工全流程
第一步 晶圓加工
 
所有半導體工藝都始于一粒沙子,因為沙子所含的硅是生產晶圓所需要的原材料。晶圓是將硅(Si)或砷化鎵(GaAs)制成的單晶柱體切割形成的圓薄片。
 
要提取高純度的硅材料需要用到硅砂,一種二氧化硅含量高達95%的特殊材料,也是制作晶圓的主要原材料。晶圓加工就是制作獲取上述晶圓的過程。
 
第二步 氧化
 
氧化過程的作用是在晶圓表面形成保護膜。它可以保護晶圓不受化學雜質影響、避免漏電流進入電路、預防離子植入過程中的擴散以及防止晶圓在刻蝕時滑脫。
 
第三步 光刻
 
光刻是通過光線將電路圖案“印刷”到晶圓上,我們可以將其理解為在晶圓表面繪制半導體微納加工所需的平面圖。電路圖案的精細度越高,成品芯片的集成度就越高,必須通過先進的光刻技術才能實現。
 
第四步:刻蝕
 
在晶圓上完成電路圖的光刻后,就要用刻蝕工藝來去除任何多余的氧化膜且只留下半導體電路圖。要做到這一點需要利用液體、氣體或等離子體來去除選定的多余部分。
 
刻蝕的方法主要分為兩種,取決于所使用的物質:使用特定的化學溶液進行化學反應來去除氧化膜的濕法刻蝕,以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。
 
第五步:薄膜沉積
 
為了創建芯片內部的微型器件,我們需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過刻蝕去除掉其中多余的部分,另外還要添加一些材料將不同的器件分離開來。每個晶體管或存儲單元就是通過上述過程一步步構建起來的。
 
這里所說的“薄膜”是指厚度小于1微米(μm,百萬分之一米)、無法通過普通機械加工方法制造出來的“膜”。將包含所需分子或原子單元的薄膜放到晶圓上的過程就是“沉積”。
 
第六步 互連
 
半導體的導電性處于導體與非導體(即絕緣體)之間,這種特性使我們能完全掌控電流。通過基于晶圓的光刻、刻蝕和沉積等微納加工工藝可以構建出晶體管等元件,但還需要將它們連接起來才能實現電力與信號的發送與接收。
 
第七步 測試
 
測試的主要目標是檢驗半導體芯片的質量是否達到一定標準,從而消除不良產品、并提高芯片的可靠性。另外,經測試有缺陷的產品不會進入封裝步驟,有助于節省成本和時間。
 
第八步 封裝
 
經過之前幾個微納加工工藝處理的晶圓上會形成大小相等的方形芯片(又稱“單個晶片”)。下面要做的就是通過切割獲得單獨的芯片。剛切割下來的芯片很脆弱且不能交換電信號,需要單獨進行處理。這一處理過程就是封裝,包括在半導體芯片外部形成保護殼和讓它們能夠與外部交換電信號。

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