芯片制造五大关键工艺技术

芯片制造是一项极其复杂且精密的过程，其中包含了五大关键工艺技术，分别是晶圆制备、氧化工艺、光刻蚀刻、掺杂工艺和薄膜工艺。以下是对这五大关键工艺技术的详细介绍：

一、晶圆制备

晶圆是集成电路的“画布”，后续的半导体工艺都在这上面展开。晶圆制备主要包括以下步骤：

• 硅提炼及提纯：大多数晶圆由从沙子中提取的硅制成。将沙石原料放入电弧熔炉中，还原成冶金级硅，再与氯化氢反应，生成硅烷，经过蒸馏和化学还原工艺，得到高纯度的多晶硅。

• 单晶硅生长：将高纯度的多晶硅放在石英坩埚中加热熔化，把一颗籽晶浸入其中，由拉制棒带着籽晶反方向旋转并缓慢垂直地从硅熔化物中向上拉出，形成单晶硅晶棒，同时确定晶圆的尺寸。

• 晶圆加工：用金刚石锯切掉铸锭的两端，切割成一定厚度的薄片，在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记，通过研磨、化学刻蚀、抛光和清洗等工艺去除表面瑕疵和污染物，获得表面整洁的成品晶圆。

二、氧化工艺

氧化工艺在半导体制造中至关重要。在硅晶圆表面形成的薄薄的二氧化硅（SiO₂）层具有多种作用：

• 作为绝缘层，阻止电路之间的漏电。

• 作为保护层，防止后续的离子注入和刻蚀过程对硅晶圆造成损伤。

• 作为掩膜层，定义电路图案。

氧化工艺的实现方法有多种，最常用的热氧化法又分为干法和湿法。干法只使用纯氧，形成较薄、质量较好的氧化层，但生长速度较慢；湿法使用纯氧和水蒸汽，形成较厚、密度较低的氧化层，但生长速度较快。

三、光刻蚀刻

光刻是将掩模板上的图形转移到涂有光刻胶的晶圆片上的技术。光刻步骤主要包括：

• 设计电路并制作掩模板：通过通用计算机辅助设计（CAD）软件完成，在完成电路设计正确性检查（LVS）和设计规则检查（DRC）后，将设计图形转移到掩模板上。掩模板由透明的超纯石英玻璃基片制成，需透光的地方保持透明，需遮光的地方用金属遮挡。

• 涂光刻胶：使晶圆对光敏感。光刻胶对光敏感，光照射后会产生化学变化，根据光照射与否，光刻胶形成溶解和不可溶解的部分。

• 曝光：将光源发出的光线经过掩模板照射到晶圆片上，掩模板上的图形转移到晶圆片上，光刻胶根据掩模板上图形的不同溶解形成对应图形。

• 显影与坚膜：显影后进行高温烘培，使剩余的光刻胶变硬并提高粘附力。

经过光刻步骤后，所需要的图案印在晶圆表面的光刻胶上。但要实现半导体器件的制作，还需要进行刻蚀，把半导体器件按照光刻胶的图形复刻出来。

四、掺杂工艺

掺杂工艺是向半导体中引入特定杂质，以改变其电学性质。通过掺杂，可以控制半导体的导电类型（如P型或N型）和电导率。常见的掺杂方法包括离子注入和扩散等。

五、薄膜工艺

薄膜沉积是芯片前道制造的核心工艺之一。从芯片截取横截面来看，芯片是由一层层纳米级元件堆叠而成，薄膜沉积是在晶圆表面通过物理/化学方法交替堆叠绝缘介质薄膜（如SiO₂、SiN等）和金属导电膜（如Al、Cu等）。薄膜沉积工艺需要满足不同薄膜性能要求，新材料出现或器件结构的改变要求不断研发新的工艺或设备。

芯片封装清洗介绍

·         研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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以上就是芯片制造的五大关键工艺技术的介绍。这些工艺技术相互配合，共同实现了芯片的制造。