縱觀整個(gè)制造業(yè)，芯片的制造流程可以說是最復(fù)雜的之一，這項(xiàng)點(diǎn)石成金術(shù)可分為八個(gè)大步驟，如下圖所示，這些步驟又可細(xì)分為上百道工序。

制造硅晶圓

制造硅晶圓的原料是我們最常見的沙子，沙子的主要成分是二氧化硅，將沙子進(jìn)行提純得到單質(zhì)硅，然后再通過直拉法得到單晶硅錠，先將硅錠兩端切去，再切成幾段，進(jìn)行滾磨，目的是使單晶硅棒達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)直徑。接下來采用X射線法確定單晶硅的晶向，切除參考面，再以參考面為基準(zhǔn)進(jìn)行切割得到硅晶圓，如下圖所示。

得到初步的晶圓后，要將切好的硅晶圓進(jìn)行倒角、研磨處理，讓其表面變得平整光滑，否則難以在上面刻制正確的電路。研磨過后還要用化學(xué)腐蝕液去除研磨過程中的損傷，最后用拋光液進(jìn)行拋光，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，即可交給產(chǎn)線進(jìn)行制造了。

薄膜沉積

第二步到第六步是需要多次重復(fù)的過程。薄膜沉積（deposition）是將材料薄膜沉積到晶圓表面上，沉積材料可能是導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，常見的薄膜有二氧化硅薄膜、多晶硅薄膜、氮化硅薄膜、金屬及化合物薄膜等。常用的沉積方法有化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD) 和物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)。CVD是把構(gòu)成薄膜物質(zhì)的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸汽以合理的流速引入反應(yīng)室，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積成膜的工藝方法，如下圖所示。

物理氣相沉積是指在真空條件下，采用物理方法，將材料源（固體或液體）氣化成氣態(tài)原子或分子，或部分電離成離子，轉(zhuǎn)移到硅襯底表面形成薄膜的過程，如圖3-5所示。PVD相比CVD而言，優(yōu)點(diǎn)是工藝原理簡(jiǎn)單、工藝所需溫度低，能用于制備各種薄膜。缺點(diǎn)是臺(tái)階覆蓋（step-coverage）性、附著性、致密性不如CVD薄膜。

PVD的常見種類包括濺射鍍膜、真空蒸鍍、等離子體鍍膜等。以濺射鍍膜為例，是指在一定真空度下，使氣體等離子化，其中的離子轟擊靶材表面，靶材表面的原子等粒子氣相轉(zhuǎn)移到達(dá)襯底，在襯底表面沉積成膜的過程，如下圖所示。

? 光刻

光刻是整個(gè)制造中最核心的一步。光刻前要在晶圓上均勻的涂上光刻膠（photoresist），通常光刻膠采用旋涂的方式，即邊旋轉(zhuǎn)，邊涂抹，保證光刻膠的均勻性，如下圖所示。

將涂光刻膠后的晶圓放入光刻機(jī)中，光刻機(jī)的光源發(fā)出的深紫外（DUV）或極紫外（EUV）光透過掩模版（也稱作光罩），將掩膜版上的電路結(jié)構(gòu)圖案縮小并聚焦到光刻膠圖層上，光刻膠在受光后，受光區(qū)域會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，掩膜版上的電路圖形就會(huì)印刻到光刻膠圖層上，此步驟稱為曝光，如下圖所示。曝光之后的步驟是烘烤和顯影，目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠，從而讓印刷好的電路圖案顯現(xiàn)出來，永久固定。

刻蝕

刻蝕（etch）是在光刻步驟完成后，用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料，從而只留下3D電路圖的過程。刻蝕方法主要包括濕法刻蝕（wet etching）和干法刻蝕(dry etching)，濕法刻蝕是指利用化學(xué)溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。干法刻蝕是用等離子體化學(xué)活性較強(qiáng)的性質(zhì)進(jìn)薄膜刻蝕的技術(shù)，干法刻蝕又包括濺射刻蝕（Supptter Etching）、等離子體刻蝕（Plasma Etching）、反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching，RIE）。刻蝕過程以等離子體刻蝕為例，利用等離子體中的粒子，撞擊二氧化硅薄膜層，達(dá)到去除多余氧化層的目的，如下圖所示。

?計(jì)量和檢測(cè)??

刻蝕結(jié)束后要對(duì)晶圓計(jì)量和檢測(cè)，確保沒有誤差。如果檢測(cè)結(jié)果不符合預(yù)期，則應(yīng)反饋至光刻或者刻蝕步驟，做進(jìn)一步的優(yōu)化及調(diào)整。事實(shí)上，計(jì)量和檢測(cè)可以貫穿整個(gè)制造流程。

離子注入

離子注入就是將要摻雜的原子（如Ⅲ、Ⅴ族元素），在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，被加速射入到晶圓的特定區(qū)域，再進(jìn)行退火、激活雜質(zhì)、修復(fù)晶格損傷等步驟，從而獲得所需的雜質(zhì)濃度，最終形成N區(qū)或者P區(qū)。

? 互聯(lián)??

互連就是講同一芯片內(nèi)各個(gè)獨(dú)立的元器件，通過一定的方式，連接成具有一定功能的電路模塊的技術(shù)。用于互連工藝的金屬材料需具備低電阻率、熱化學(xué)穩(wěn)定性好、抗電遷移特性佳、易于沉積和刻蝕、價(jià)格低廉等特征。集成電路發(fā)展早期主要使用鋁互連工藝，但因?yàn)殂~具有比鋁更低的電阻率，和更好的抗電遷移特定，而被廣泛采用。

從薄膜沉積到互連這六個(gè)步驟，在整個(gè)制造流程中會(huì)重復(fù)幾十次甚至上百次，每一次重復(fù)，都會(huì)在晶圓上刻制一層電路，最終形成完整的芯片。以上所有步驟完成后，對(duì)晶圓整體進(jìn)行打磨、拋光等，再進(jìn)行測(cè)試及封裝，合格的芯片就可以出廠交付了！

審核編輯：湯梓紅