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晶圓的生產工藝流程與芯片生產工藝流程
來源:電子發燒友 | 作者:chnchip | 發布時間: 2020-11-25 | 870 次瀏覽 | 分享到:

       我國是手機,電腦,電視生產和消費大國,但國外廠商通過一個小小的芯片死死掐住了很多中國企業的喉嚨。中國企業獲利微薄,擁有核心技術的美國企業是中國芯片進口的最大受益者。2016年10個月 中國就花費1,2萬億支出進口芯片,是石油進口花費的兩倍。

       集成電路integrated circuit,俗稱芯片chip。是一種微型電子器件或部件。采用一定工藝,把一個電路中所需的晶體管電阻電容電感等元件及布線互聯在一起。制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上,然后封裝在一個管殼內,成為具有所需電路功能的微型結構。其中所有元件在結構上已組成一個整體,使電子元件向著微小型化,低能耗,智能化和高可靠性方面邁進了一大步。

       現今世界上超大規模集成電路廠(Integrated Circuit, 簡稱IC,臺灣稱之為晶圓廠)主要集中分布于美國、日本、西歐、新加坡及臺灣等少數發達國家和地區,其中臺灣地區占有舉足輕重的地位。但由于近年來臺灣地區歷經地震、金融危機、政府更迭等一系列事件影響,使得本來就存在資源匱乏、市場狹小、人心浮動的臺灣島更加動蕩不安,于是就引發了一場晶圓廠外遷的風潮。而具有幅員遼闊、資源充足、巨大潛在市場、充沛的人力資源供給等方面優勢的祖國大陸當然順理成章地成為了其首選的遷往地。

       晶圓廠所生產的產品實際上包括兩大部分:晶圓切片(也簡稱為晶圓)和超大規模集成電路芯片(可簡稱為芯片)。前者只是一片像鏡子一樣的光滑圓形薄片,從嚴格的意義上來講,并沒有什么實際應用價值,只不過是供其后芯片生產工序深加工的原材料。而后者才是直接應用在應在計算機、電子、通訊等許多行業上的最終產品,它可以包括CPU、內存單元和其它各種專業應用芯片。

       集成電路板的制作流程是什么?

  1、打印電路板。將繪制好的電路板用轉印紙打印出來,注意滑的一面面向自己,一般打印兩張電路板,即一張紙上打印兩張電路板。在其中選擇打印成效很好的制作線路板

  2、裁剪覆銅板感光板制作電路板全程圖解 。覆銅板,也就是兩面都覆有銅膜的線路板,將覆銅板裁成電路板的大小,不要過大,以節約材料。

  3、預處理覆銅板。用細砂紙把覆銅板表面的氧化層打磨掉,以確保在轉印電路板時,熱轉印紙上的碳粉能牢固的印在覆銅板上,打磨好的標準是板面光亮,沒有明顯污漬。

  4、轉印電路板。將打印好的電路板裁剪成合適大小,把印有電路板的一面貼在覆銅板上板上


晶圓的生產工藝流程與芯片生產工藝流程

       晶圓的生產工藝流程:

       從大的方面來講,晶圓生產包括晶棒制造和晶片制造兩面大步驟,它又可細分為以下幾道主要工序(其中晶棒制造只包括下面的第一道工序,其余的全部屬晶片制造,所以有時又統稱它們為晶柱切片后處理工序):

  多晶硅——單晶硅——晶棒成長——晶棒裁切與檢測——外徑研磨——切片——圓邊——表層研磨——蝕刻——去疵——拋光—(外延——蝕刻——去疵)—清洗——檢驗——包裝 

       1、 晶棒成長工序:它又可細分為:

  1)、融化(Melt Down):將塊狀的高純度多晶硅置石英坩鍋內,加熱到其熔點1420℃以上,使其完全融化。

  2)、頸部成長(Neck Growth):待硅融漿的溫度穩定之后,將,〈1.0.0〉方向的晶種慢慢插入其中,接著將晶種慢慢往上提升,使其直徑縮小到一定尺寸(一般約6mm左右),維持此真徑并拉長100---200mm,以消除晶種內的晶粒排列取向差異。

  3)、晶冠成長(Crown Growth):頸部成長完成后,慢慢降低提升速度和溫度,使頸直徑逐漸加響應到所需尺寸(如5、6、8、12時等)。

  4)、晶體成長(Body Growth):不斷調整提升速度和融煉溫度,維持固定的晶棒直徑,只到晶棒長度達到預定值。

  5)、尾部成長(Tail Growth):當晶棒長度達到預定值后再逐漸加快提升速度并提高融煉溫度,使晶棒直徑逐漸變小,以避免因熱應力造成排差和滑移等現象產生,最終使晶棒與液面完全分離。到此即得到一根完整的晶棒。

       2、晶棒裁切與檢測(Cutting & InspecTIon):將長成的晶棒去掉直徑偏小的頭、尾部分,并對尺寸進行檢測,以決定下步加工的工藝參數。

       3、外徑研磨(Surface Grinding & Shaping):由于在晶棒成長過程中,其外徑尺寸和圓度均有一定偏差,其外園柱面也凹凸不平,所以必須對外徑進行修整、研磨,使其尺寸、形狀誤差均小于允許偏差。

       4、切片(Wire Saw Slicing):由于硅的硬度非常大,所以在本序里,采用環狀、其內徑邊緣嵌有鉆石顆粒的薄鋸片將晶棒切割成一片片薄片。

       5、圓邊(Edge profiling):由于剛切下來的晶片外邊緣很鋒利,單晶硅又是脆性材料,為避免邊角崩裂影響晶片強度、破壞晶片表面光潔和對后工序帶來污染顆粒,必須用專用的電腦控制設備自動修整晶片邊緣形狀和外徑尺寸。

       6、研磨(Lapping):研磨的目的在于去掉切割時在晶片表面產生的鋸痕和破損,使晶片表面達到所要求的光潔度。

       7、蝕刻(Etching):以化學蝕刻的方法,去掉經上幾道工序加工后在晶片表面因加工壓力而產生的一層損傷層。

       8、去疵(Gettering):用噴砂法將晶片上的瑕疵與缺陷趕到下半層,以利于后序加工。

       9、拋光(Polinshing):對晶片的邊緣和表面進行拋光處理,一來,進一步去掉附著在晶片上的微粒,二來,獲得極佳的表面平整度,以利于后面所要講到的晶圓處理工序加工。

       10、清洗(Cleaning):將加工完成的晶片進行最后的徹底清洗、風干。

       11、檢驗(IinspecTIon):進行最終全面的檢驗以保證產品最終達到規定的尺寸、形狀、表面光潔度、平整度等技術指標。

       12、包裝(Packing):將產品用柔性材料分隔、包裹、裝箱,準備發往發下的芯片制造車間或出廠發往訂貨客戶。

 

晶圓的生產工藝流程與芯片生產工藝流程

       芯片生產工藝流程:

       芯片的制造過程可概分為晶圓處理工序(Wafer FabricaTIon)、晶圓針測工序(Wafer Probe)、構裝工序(Packaging)、測試工序(IniTIal Test and Final Test)等幾個步驟。其中晶圓處理工序和晶圓針測工序為前道(Front End)工序,而構裝工序、測試工序為后道(Back End)工序。

       1、 晶圓處理工序:本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子元件(如晶體管、電容、邏輯開關等),其處理程序通常與產品種類和所使用的技術有關,但一般基本步驟是先將晶圓適當清洗,再在其表面進行氧化及化學氣相沉積,然后進行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復步驟,最終在晶圓上完成數層電路及元件加工制作。

       2、 晶圓針測工序:經過上道工序后,晶圓上就形成了一個個的小格,即晶粒,一般情況下,為便于測試,提高效率,同在一片晶圓上制作同一品種、規格的產品;但也可根據需要制作幾種不同品種、規格的產品。在用針測(Probe)儀對每個晶粒檢測其電氣特性,并將不合格的晶粒標上記號后,將晶圓切開,分割成一顆顆單獨的晶粒,再按其電氣特性分類,裝入不同的托盤中,不合格的晶粒則舍棄。

       3、 構裝工序:就是將單個的晶粒固定塑膠或陶瓷制的芯片基座上,并把晶粒上的一些引線端與基座底部伸出的插腳連接,以作為與外界電路板連接之用,最后蓋上塑膠蓋板,用膠水封死。其目的是用以保護晶粒避免受到機械刮傷或高溫破壞。到此才算制成了一塊集成電路芯片(即我們在電腦里可以看到的那些黑色或褐色,兩邊或四邊帶有許多插腳或引線的矩形小塊)。

       4、 測試工序:芯片制造的最后一道工序為測試,其又可分為一般測試和特殊測試,前者是將封死后的芯片置于各種環境下測試其電氣特性,如消耗功率、運行速度、耐壓度等。經測試后的芯片,依電氣特性劃分為不同等級。而特殊測試,則是根據客戶特殊需求的技術參數,從相近參數規格、品種中拿出部分芯片,做有針對性的專門測試,看是否能滿足客戶的特殊需求,以決定是否須為客戶設計專用芯片。經過一般測試全格的產品貼上規格、型號及出廠日期等標識的標簽并加以包裝后既可出廠。而末通過測試的芯片則視其達到的參數情況定作降級品或廢品。 


晶圓的生產工藝流程與芯片生產工藝流程

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