芯片加工流程(制造流程图详解)


芯片制作完整过程包括芯片设计、晶片制作、封装制作、测试等几个环节,其中晶片制作过程尤为的复杂。首先是芯片设计,根据设计的需求,生成的“图样”

1、芯片的原料晶圆

晶圆的成分是硅,硅是由石英沙所精练出来的,晶圆便是硅元素加以纯化(99.999%),接着是将这些纯硅制成硅晶棒,成为制造集成电路的石英半导体的材料,将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄,生产的成本越低,但对工艺就要求的越高。

2、晶圆涂膜

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晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力,其材料为光阻的一种。

3、晶圆光刻显影、蚀刻

在晶圆(或衬底)表面涂上一层光刻胶并烘干。烘干后的晶圆被传送到光刻机里面。光线透过一个掩模把掩模上的图形投影在晶圆表面的光刻胶上,实现曝光,激发光化学反应。对曝光后的晶圆进行第二次烘烤,即所谓的曝光后烘烤,后烘烤是的光化学反应更充分。

最后,把显影液喷洒到晶圆表面的光刻胶上,对曝光图形显影。显影后,掩模上的图形就被存留在了光刻胶上。涂胶、烘烤和显影都是在匀胶显影机中完成的,曝光是在光刻机中完成的。匀胶显影机和光刻机一般都是联机作业的,晶圆通过机械手在各单元和机器之间传送。

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整个曝光显影系统是封闭的,晶圆不直接暴露在周围环境中,以减少环境中有害成分对光刻胶和光化学反应的影响。

该过程使用了对紫外光敏感的化学物质,即遇紫外光则变软。通过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蚀剂,使得其遇紫外光就会溶解。

这时可以用上第一份遮光物,使得紫外光直射的部分被溶解,这溶解部分接着可用溶剂将其冲走。这样剩下的部分就与遮光物的形状一样了,而这效果正是我们所要的。这样就得到我们所需要的二氧化硅层。

4、掺加杂质

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将晶圆中植入离子,生成相应的P、N类半导体。具体工艺为从硅片上暴露的区域开始,放入化学离子混合液中。这一工艺将改变搀杂区的导电方式,使每个晶体管可以通、断、或携带数据。简单的芯片可以只用一层,但复杂的芯片通常有很多层,这时候将该流程不断的重复,不同层可通过开启窗口联接起来。

这一点类似多层PCB板的制作原理。 更为复杂的芯片可能需要多个二氧化硅层芯片加工流程,这时候通过重复光刻以及上面流程来实现,形成一个立体的结构。

5、晶圆测试

经过上面的几道工艺之后,晶圆上就形成了一个个格状的晶粒。通过针测的方式对每个晶粒进行电气特性检测。一般每个芯片的拥有的晶粒数量是庞大的,组织一次针测试模式是非常复杂的过程,这要求了在生产的时候尽量是同等芯片规格构造的型号的大批量的生产。

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数量越大相对成本就会越低,这也是为什么主流芯片器件造价低的一个因素。

6、封装

将制造完成晶圆固定,绑定引脚,按照需求去制作成各种不同的封装形式,这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因。比如:DIP、QFP、PLCC、QFN等等。这里主要是由用户的应用习惯、应用环境、市场形式等外围因素来决定的。

7、测试、包装

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经过上述工艺流程以后,芯片制作就已经全部完成了,这一步骤是将芯片进行测试、剔除不良品,以及包装。

集成电路(IC)芯片在封装工序之后,必须要经过严格地检测才能保证产品的质量,芯片外观检测是一项必不可少的重要环节,它直接影响到IC产品的质量及后续生产环节的顺利进行。外观检测的方法有三种:

1、传统的手工检测方法,主要靠目测芯片加工流程,手工分检,可靠性不高,检测效率较低,劳动强度大,检测缺陷有疏漏,无法适应大批量生产制造;

2、基于激光测量技术的检测方法,该方法对设备的硬件要求较高,成本相应较高芯片加工流程(芯片制作过程中的“图样”,你知道吗?),设备故障率高,维护较为困难;

3、基于机器视觉的检测方法,这种方法由于检测系统硬件易于集成和实现、检测速度快、检测精度高,而且使用维护较为简便,因此,在芯片外观检测领域的应用也越来越普遍,是IC芯片外观检测的一种发展趋势。

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