芯片制造是将芯片從圖紙變成實物(wù)的關鍵一步,但在芯片量産(chǎn)之前還有(yǒu)個重要步驟就是流片,也就是人們常說的試生産(chǎn)。
流片之于芯片開發者,相當于考試之于學(xué)生,學(xué)生“聞考變色”,芯片開發者“聞流片變色”。究其原因在于,流片失敗的代價太過嚴重,一次流片失敗往往意味着幾百萬甚至上千萬的損失以及至少半年市場機遇的錯失。不少初創型芯片企業就因流片失敗而消失在茫茫芯片産(chǎn)業長(cháng)河裏。而造成流片失敗的原因也是千奇百怪,可(kě)能(néng)隻是VDD和GND裝(zhuāng)反了,也可(kě)能(néng)是wet clean配錯了液,總之任何一個小(xiǎo)疏忽都可(kě)能(néng)導緻流片失敗。
言歸正傳,那芯片制造到底又(yòu)有(yǒu)多(duō)少步驟,為(wèi)啥能(néng)讓企業“聞流片變色”?據了解,一條芯片生産(chǎn)線(xiàn)大約涉及2000-5000道工(gōng)序,筆(bǐ)者可(kě)能(néng)無法面面俱到得全部介紹,因此隻能(néng)介紹一些關鍵步驟。
從大方面來講,晶圓生産(chǎn)包括晶棒制造和晶片制造兩大步驟,再加上晶圓針測工(gōng)序,統稱為(wèi)晶圓制造前道工(gōng)藝。
1.提純:沙子/石英經過脫氧提純以後的得到含矽量25%的二氧化矽,再經由電(diàn)弧爐提煉,鹽酸氯化,并蒸餾後,得到純度高達99%以上的晶體(tǐ)矽。
2.晶棒制造:晶體(tǐ)矽經過高溫熔化,采用(yòng)旋轉拉伸的方法,經過頸部成長(cháng)、晶冠成長(cháng)、晶體(tǐ)成長(cháng)、尾部成長(cháng),得到一根完整的晶棒。
3.切片:将晶棒橫向,采用(yòng)環狀、其内徑邊緣鑲嵌有(yǒu)鑽石顆粒的薄片鋸片切成厚度基本一緻的晶圓片。
4.打磨抛光:對晶圓外觀進行打磨抛光,去掉切割時在晶圓表面産(chǎn)生的鋸痕和破損,使晶片表面達到所要求的光潔度。
5.氧化:其表面進行氧化及化學(xué)氣相沉積,一是可(kě)做後期工(gōng)藝的輔助層,二是協助隔離電(diàn)學(xué)器件,防止短路。
6.光刻和刻蝕:在氧化後的晶圓表面旋塗一層光刻膠,随後對其進行曝光,再通過顯影把電(diàn)路圖顯現出來。再用(yòng)化學(xué)反應或用(yòng)等離子體(tǐ)轟擊晶圓表面,實現電(diàn)路圖形的轉移。
7.離子注入、退火:把雜質(zhì)離子轟入半導體(tǐ)晶格,再将離子注入後的半導體(tǐ)放在一定溫度下加熱,從而激活半導體(tǐ)材料的不同電(diàn)學(xué)性能(néng)。
8.氣相沉積、電(diàn)鍍:氣相沉積用(yòng)于形成各種金屬層以及絕緣層,電(diàn)鍍專用(yòng)于生長(cháng)銅連線(xiàn)金屬層。
9.化學(xué)機械研磨:用(yòng)化學(xué)腐蝕和機械研磨相結合的方式進行磨抛。
10.最終在晶圓上完成數層電(diàn)路及元件加工(gōng)與制作(zuò)。
11.晶圓針測工(gōng)序:用(yòng)針測儀對每個晶粒檢測其電(diàn)氣特性,舍棄不合格晶粒。