制造芯片的硅晶体的原理和过程方法(精)
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一文了解芯片的制作过程现代生活中,人们已被各种(电子)设备围绕,(手机)、(电脑)、电视……那么,这些电子设备是靠什么运作的呢?答案就是(芯片)!简单来说,芯片之于电子设备的地位等同于发动机之于汽车,而制备芯片的原材料,就是最普通不过的石英砂。
沙子与芯片含量最多的元素都是硅,一吨沙不过几十元,一颗几十克的(CPU)芯片往往能卖到数千块,价格千差万别,这就是沙的逆袭。
在实际的生产中,我们通常将二氧化硅还原成单晶硅,但是这个过程难度很高,因为实际用到的晶圆纯度很高,然后拉出单晶硅晶棒,再到最后切割成一片薄薄的晶圆。
再经过晶圆涂膜、光刻显影蚀刻、离子注入、晶圆测试、封装等流程,芯片就制作完成了。
在整个芯片产业中,石英砂是最基础的原料,石英砂中的硅在地球表面储量约为28%(仅次于氧),硅在自然界并不稀缺,但硅的制成品芯片价值却堪比黄金。
如果了解石英砂到芯片的整个过程,或许会明白它确实值这个价了。
芯片的制作01石英砂硅是地壳内第二丰富的元素,也是半导体制造产业的基础。
02硅熔炼12英寸/300毫米晶圆级,通过多步净化得到可用于(半导体)知道质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。
下图展示的是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭(ingot)。
03单晶硅锭整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%。
04硅锭切割横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(W(afe)r)。
05晶圆切割出的是晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。
事实上,(intel)自己并不生产这种晶圆,而是从第三方半导体企业那里直接购买成品,然后利用直接的生产线进一步加工。
06光刻胶(Photo Resist)下图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体,类似制作传统胶片的那种。
晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
01光刻一:光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应类似按下(机械)相机快门那一刻胶片的变化。
图解芯片制造工艺流程(全图片注解,清晰明了)该资料简洁明了,配图生动,非常适合普通工程师、入门级工程师或行业菜鸟,帮助你了解芯片制造的基本工艺流程。
首先,在制造芯片之前,晶圆厂得先有硅晶圆材料。
从硅晶棒上切割出超薄的硅晶圆,然后就可以进行芯片制造的流程了。
1、湿洗 (用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)2、光刻 (用紫外线透过蒙版照射硅晶圆, 被照到的地方就会容易被洗掉, 没被照到的地方就保持原样. 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案. 注意, 此时还没有加入杂质, 依然是一个硅晶圆. )3、离子注入 (在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质, 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.) 4.1、干蚀刻(之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的。
现在就要用等离子体把他们洗掉,或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构,这一步进行蚀刻).4.2、湿蚀刻 (进一步洗掉,但是用的是试剂,所以叫湿蚀刻)——以上步骤完成后, 场效应管就已经被做出来啦,但是以上步骤一般都不止做一次, 很可能需要反反复复的做,以达到要求。
5、等离子冲洗 (用较弱的等离子束轰击整个芯片) 6、热处理,其中又分为: 6.1 快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)6.2 退火 6.3 热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) ) 7、化学气相淀积(CVD),进一步精细处理表面的各种物质 8、物理气相淀积 (PVD),类似,而且可以给敏感部件加coating 9、分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要。
10、电镀处理 11、化学/机械表面处理 12、晶圆测试13、晶圆打磨就可以出厂封装了。
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