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發(fā)布:2023-07-25 瀏覽量:851
IC全稱integrated circuit,集成電路;也可以稱為微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、晶片/芯片(chip)在電子學中是一種將電路(主要包括半導體設備,也包括被動組件等)小型化的方式,并時常制造在半導體晶圓表面上。那么這么小小的高科技芯片是怎么制造出來的呢?
從產(chǎn)品種類上來說,芯片的種類有幾十種大門類,上千種小門類。但是芯片生產(chǎn)是一個點砂成金的過程,從砂子到晶圓再到芯片,價值密度直線飆升。真正的芯片制造過程十分復雜。從專業(yè)角度來說,從IC完整的產(chǎn)業(yè)鏈來說,主要分為IC設計→IC制造→封裝→測試四個部分。
首先是芯片設計
根據(jù)設計的需求,生成的“圖樣”。
芯片的原料晶圓
晶圓的成分是硅,硅是由石英沙所精練出來的,晶圓便是硅元素加以純化(99.999%),接著是將這些純硅制成硅晶棒,成為制造集成電路的石英半導體的材料,將其切片就是芯片制作具體所需要的晶圓。晶圓越薄,生產(chǎn)的成本越低,但對工藝就要求的越高。
晶圓涂膜
晶圓涂膜能抵抗氧化以及耐溫能力,其材料為光阻的一種。
晶圓光刻顯影、蝕刻
光刻工藝的基本流程。 首先是在晶圓(或襯底)表面涂上一層光刻膠并烘干。烘干后的晶圓被傳送到光刻機里面。光線透過一個掩模把掩模上的圖形投影在晶圓表面的光刻膠上,實現(xiàn)曝光,激發(fā)光化學反應。對曝光后的晶圓進行第二次烘烤,即所謂的曝光后烘烤,后烘烤使得光化學反應更充分。最后,把顯影液噴灑到晶圓表面的光刻膠上,對曝光圖形顯影。顯影后,掩模上的圖形就被存留在了光刻膠上。涂膠、烘烤和顯影都是在勻膠顯影機中完成的,曝光是在光刻機中完成的。勻膠顯影機和光刻機一般都是聯(lián)機作業(yè)的,晶圓通過機械手在各單元和機器之間傳送。整個曝光顯影系統(tǒng)是封閉的,晶圓不直接暴露在周圍環(huán)境中,以減少環(huán)境中有害成分對光刻膠和光化學反應的影響 。 圖1:現(xiàn)代光刻工藝的基本流程和光刻后的檢測步驟 該過程使用了對紫外光敏感的化學物質(zhì),即遇紫外光則變軟。通過控制遮光物的位置可以得到芯片的外形。在硅晶片涂上光致抗蝕劑,使得其遇紫外光就會溶解。這時可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,這溶解部分接著可用溶劑將其沖走。這樣剩下的部分就與遮光物的形狀一樣了,而這效果正是我們所要的。這樣就得到我們所需要的二氧化硅層。
摻加雜質(zhì)
將晶圓中植入離子,生成相應的P、N類半導體。具體工藝是從硅片上暴露的區(qū)域開始,放入化學離子混合液中。這一工藝將改變攙雜區(qū)的導電方式,使每個晶體管可以通、斷、或攜帶數(shù)據(jù)。簡單的芯片可以只用一層,但復雜的芯片通常有很多層,這時候?qū)⒃摿鞒滩粩嗟闹貜?,不同層可通過開啟窗口聯(lián)接起來。這一點類似多層PCB板的制作原理。 更為復雜的芯片可能需要多個二氧化硅層,這時候通過重復光刻以及上面流程來實現(xiàn),形成一個立體的結(jié)構(gòu)。
晶圓測試
經(jīng)過上面的幾道工藝之后,晶圓上就形成了一個個格狀的晶粒。通過針測的方式對每個晶粒進行電氣特性檢測。一般每個芯片的擁有的晶粒數(shù)量是龐大的,組織一次針測試模式是非常復雜的過程,這要求了在生產(chǎn)的時候盡量是同等芯片規(guī)格構(gòu)造的型號的大批量的生產(chǎn)。數(shù)量越大相對成本就會越低,這也是為什么主流芯片器件造價低的一個因素。
封裝
將制造完成晶圓固定,綁定引腳,按照需求去制作成各種不同的封裝形式,這就是同種芯片內(nèi)核可以有不同的封裝形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。這里主要是由用戶的應用習慣、應用環(huán)境、市場形式等外圍因素來決定的。
測試、包裝
經(jīng)過上述工藝流程以后,芯片制作就已經(jīng)全部完成了,這一步驟是將芯片進行測試、剔除不良品,以及包裝。