揭秘半导系统编制造全流程

每个半导体产品的制造都须要数百个工艺，泛林集团将全体制造过程分为八个步骤：晶圆加工-氧化-光刻-刻蚀-薄膜沉积-互连-测试-封装。

为帮助大家理解和认识半导体及干系工艺，我们将以三期微信推送，为大家逐一先容上述每个步骤。

第一步 晶圆加工

所有半导体工艺都始于一粒沙子！
由于沙子所含的硅是生产晶圆所须要的原材料。
晶圆是将硅(Si)或砷化镓(GaAs)制成的单晶柱体切割形成的圆薄片。
要提取高纯度的硅材料须要用到硅砂，一种二氧化硅含量高达95%的分外材料，也是制作晶圆的紧张原材料。
晶圆加工便是制作获取上述晶圆的过程。

① 铸锭

首先需将沙子加热，分离个中的一氧化碳和硅，并不断重复该过程直至得到超高纯度的电子级硅(EG-Si)。
高纯硅熔化成液体，进而再凝固成单晶固体形式，称为“锭”，这便是半导系统编制造的第一步。
硅锭（硅柱）的制作精度哀求很高，达到纳米级，其广泛运用的制造方法是提拉法。

② 锭切割

前一个步骤完成后，须要用金刚石锯切掉铸锭的两端，再将其切割成一定厚度的薄片。
锭薄片直径决定了晶圆的尺寸，更大更薄的晶圆能被分割成更多的可用单元，有助于降落生产本钱。
切割硅锭后需在薄片上加入“平坦区”或“凹痕”标记，方便在后续步骤中以其为标准设置加工方向。

③ 晶圆表面抛光

通过上述切割过程得到的薄片被称为“裸片”，即未经加工的“质料晶圆”。
裸片的表面凹凸不平，无法直接在上面印制电路图形。
因此，须要先通过研磨和化学刻蚀工艺去除表面瑕疵，然后通过抛光形成光洁的表面，再通过洗濯去除残留污染物，即可得到表面整洁的成品晶圆。

第二步 氧化

氧化过程的浸染是在晶圆表面形成保护膜。
它可以保护晶圆不受化学杂质影响、避免泄电流进入电路、预防离子植入过程中的扩散以及防止晶圆在刻蚀时滑脱。

氧化过程的第一步是去除杂质和污染物，须要通过四步去除有机物、金属等杂质及蒸发残留的水分。
清洁完成后就可以将晶圆置于800至1200摄氏度的高温环境下，通过氧气或蒸气在晶圆表面的流动形成二氧化硅（即“氧化物”）层。
氧气扩散通过氧化层与硅反应形身分歧厚度的氧化层，可以在氧化完成后丈量它的厚度。

干法氧化和湿法氧化

根据氧化反应中氧化剂的不同，热氧化过程可分为干法氧化和湿法氧化，前者利用纯氧产生二氧化硅层，速率慢但氧化层薄而致密，后者需同时利用氧气和高溶解度的水蒸气，其特点是成长速率快但保护层相对较厚且密度较低。

除氧化剂以外，还有其他变量会影响到二氧化硅层的厚度。
首先，晶圆构造及其表面毛病和内部掺杂浓度都会影响氧化层的天生速率。
此外，氧扮装备产生的压力和温度越高，氧化层的生造诣越快。
在氧化过程，还须要根据单元中晶圆的位置而利用假片，以保护晶圆并减小氧化度的差异。

第三步 光刻

光刻是通过光芒将电路图案“印刷”到晶圆上，我们可以将其理解为在晶圆表面绘制半导系统编制造所需的平面图。
电路图案的风雅度越高，成品芯片的集成度就越高，必须通过前辈的光刻技能才能实现。
详细来说，光刻可分为涂覆光刻胶、曝光和显影三个步骤。

① 涂覆光刻胶

在晶圆上绘制电路的第一步是在氧化层上涂覆光刻胶。
光刻胶通过改变化学性子的办法让晶圆成为“相纸”。
晶圆表面的光刻胶层越薄，涂覆越均匀，可以印刷的图形就越风雅。
这个步骤可以采取“旋涂”方法。

根据光（紫外线）反应性的差异，光刻胶可分为两种：正胶和负胶，前者在受光后会分解并消逝，从而留下未受光区域的图形，而后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来。

② 曝光

在晶圆上覆盖光刻胶薄膜后，就可以通过掌握光芒照射来完成电路印刷，这个过程被称为“曝光”。
我们可以通过曝光设备来选择性地通过光芒，当光芒穿过包含电路图案的掩膜时，就能将电路印制到下方涂有光刻胶薄膜的晶圆上。

在曝光过程中，印刷图案越风雅，终极的芯片就能够容纳更多元件，这有助于提高生产效率并降落单个元件的本钱。
在这个领域，目前备受瞩目的新技能是EUV光刻。
去年2月，泛林集团与计策互助伙伴ASML和imec共同研发出了一种全新的干膜光刻胶技能。
该技能能通过提高分辨率（微调电路宽度的关键要素）大幅提升EUV光刻曝光工艺的生产率和良率。

③ 显影

曝光之后的步骤是在晶圆上喷涂显影剂，目的是去除图形未覆盖区域的光刻胶，从而让印刷好的电路图案显现出来。
显影完成后须要通过各种丈量设备和光学显微镜进行检讨，确保电路图绘制的质量。

以上是对晶圆加工、氧化和光刻工艺的简要先容，下一期，我们将为大家先容半导系统编制造中两大主要步骤——刻蚀和薄膜沉积，敬请期待！

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