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半导体芯片制造流程

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半导体芯片制造流程可分为以下主要步骤,综合多个权威资料整理如下:

一、材料准备

硅材料提纯

从石英砂中提取高纯度二氧化硅(SiO₂),通过化学处理和高温熔融法制取多晶硅,再经西门子制程进一步提纯。

单晶硅拉制

将多晶硅熔化后,利用单晶硅种通过拉晶工艺缓慢拉出单晶硅柱,再切割成薄片形成晶圆。

二、晶圆制造

表面氧化

在晶圆表面生长二氧化硅(SiO₂)薄膜,作为后续光刻和刻蚀的绝缘层。

光刻工艺

- 曝光:

使用紫外光通过掩模将电路图案转移到光刻胶上。

- 显影:将晶圆浸入显影液,去除未曝光的光刻胶,形成电路图形。

刻蚀

- 湿法刻蚀:

用化学溶液去除不需要的硅材料。

- 干法刻蚀:采用等离子体或气体进行高精度刻蚀。

薄膜沉积与离子注入

- 薄膜沉积:

通过物理气相沉积(如溅射)或化学气相沉积(如CVD)在晶圆表面形成导电层或绝缘层。

- 离子注入:用高能离子束注入磷、硼等元素,形成P区(n型)和N区(p型)半导体。

化学机械平坦化(CMP)

通过化学腐蚀和机械研磨结合的方式,使晶圆表面平整化,为后续工艺提供基础。

三、后端加工

金属布线(互连)

通过蒸发、溅射或电镀在芯片上形成金属层,连接不同电路组件。

筛选测试(EDS)

对芯片进行电气测试,检测缺陷并筛选合格产品。

封装

将芯片固定在封装基板上,通过引线键合等方式连接外部电路,并进行密封保护。

四、质量检测与封装

性能测试

对封装后的芯片进行功能测试和可靠性验证,确保符合设计要求。

最终封装

完成封装工艺,如热封、胶粘等,确保芯片与外界环境隔离。

补充说明

晶圆尺寸与成本:

晶圆直径越大(如12英寸),单位面积芯片数量越多,但制造成本降低。

先进工艺:现代芯片制造已实现极紫外光(EUV)光刻等技术,可制造更小制程节点。

以上流程涉及高度精密的设备和严格的质量控制,是现代电子产业的核心技术之一。