芯片製造全工藝流程詳情
來源：EETOP blog
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作者：cj_181888888
博客內容引述：
芯片一般是指集成電路的載體，也是集成電路經過設計、製造、封裝、測試後的結果，通常是一個可以立即使用的獨立的整體。如果把中央處理器cpu比喻爲整個電腦系統的心臟，那麼主板上的芯片組就是整個身體的軀幹。對於主板而言，芯片組幾乎決定了這塊主板的功能，進而影響到整個電腦系統性能的發揮，芯片組是主板的靈魂。
那麼要想造個芯片，首先，你得畫出來一個長這樣的玩意兒給Foundry (外包的晶圓製造公司)▼
再放大▼
我們終於看到一個門電路啦! 這是一個NAND Gate(與非門)，大概是這樣▼
A, B 是輸入, Y是輸出
其中藍色的是金屬1層，綠色是金屬2層，紫色是金屬3層，粉色是金屬4層。那晶體管(“晶體管”自199X年以後已經主要是 MOSFET, 即場效應管了 ) 呢？仔細看圖，看到裡面那些白色的點嗎？那是襯底，還有一些綠色的邊框？那些是Active Layer (也即摻雜層)。
Foundry是怎麼做的呢? 大體上分爲以下幾步:
首先搞到一塊圓圓的硅晶圓, (就是一大塊晶體硅, 打磨的很光滑, 一般是圓的)
圖片按照生產步驟排列. 但是步驟總結單獨寫出.
1、溼洗(用各種試劑保持硅晶圓表面沒有雜質)
2、光刻(用紫外線透過蒙版照射硅晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣. 於是就可以在硅晶圓上面刻出想要的圖案. 注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個硅晶圓. )
3、 離子注入(在硅晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效應管.)
4.1、幹蝕刻(之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的，而是爲了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構，這一步進行蝕刻).
4.2、溼蝕刻(進一步洗掉，但是用的是試劑， 所以叫溼蝕刻)—— 以上步驟完成後, 場效應管就已經被做出來啦，但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反覆覆的做，以達到要求。
5、等離子沖洗(用較弱的等離子束轟擊整個芯片)
6、熱處理，其中又分爲：
6.1 快速熱退火 (就是瞬間把整個片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 爲了使得注入的離子能更好的被啓動以及熱氧化)
6.2 退火
6.3 熱氧化 (製造出二氧化硅, 也即場效應管的柵極(gate) )
7、化學氣相澱積(CVD)，進一步精細處理表面的各種物質
8、物理氣相澱積 (PVD)，類似，而且可以給敏感部件加coating
9、分子束外延 (MBE) 如果需要長單晶的話就需要。
10、電鍍處理
11、化學/機械錶面處理
12、晶圓測試
13、晶圓打磨就可以出廠封裝了。
再通過圖示來一步步看▼
1、上面是氧化層, 下面是襯底(硅)——溼洗
2、一般來說, 先對整個襯底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物質(最外層少一個電子)，作爲襯底——離子注入
3、先加入Photo-resist, 保護住不想被蝕刻的地方——光刻
4、上掩膜！(就是那個標註Cr的地方。中間空的表示沒有遮蓋，黑的表示遮住了。) —— 光刻
5、紫外線照上去，下面被照得那一塊就被反應了——光刻
6、撤去掩膜——光刻
7、把暴露出來的氧化層洗掉, 露出硅層(就可以注入離子了)——光刻
8、把保護層撤去. 這樣就得到了一個準備注入的硅片. 這一步會反覆在硅片上進行(幾十次甚至上百次)——光刻
9、然後光刻完畢後, 往裡面狠狠地插入一塊少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物質就做成了一個N-well (N-井)——離子注入
10、用幹蝕刻把需要P-well的地方也蝕刻出來，也可以再次使用光刻刻出來——幹蝕刻
11、上圖將P-型半導體上部再次氧化出一層薄薄的二氧化硅—— 熱處理
12、用分子束外延處理長出的一層多晶硅，該層可導電——分子束外延
13、進一步的蝕刻，做出精細的結構。(在退火以及部分CVD)—— 重複3-8光刻 + 溼蝕刻
14、再次狠狠地插入大量(10^18 ~ 10^20 / cm^3) 注入的P/N型物質，此時注意MOSFET已經基本成型——離子注入
15、用氣相積澱 形成的氮化物層 —— 化學氣相積澱
16、將氮化物蝕刻出溝道——光刻 + 溼蝕刻
17、物理氣相積澱長出 金屬層——物理氣相積澱
18、將多餘金屬層蝕刻。光刻 + 溼蝕刻重複 17-18 次長出每個金屬層。
附圖的步驟在每幅圖的下面標註，一共18步。
最終成型大概長這樣:
其中，步驟1-15 屬於 前端處理 (FEOL)，也即如何做出場效應管。步驟16-18 (加上許許多多的重複) 屬於後端處理 (BEOL)，後端處理主要是用來佈線。最開始那個大芯片裡面能看到的基本都是佈線！一般一個高度集中的芯片上幾乎看不見底層的硅片，都會被佈線遮擋住。
SOI (Silicon-on-Insulator) 技術：
傳統CMOS技術的缺陷在於：襯底的厚度會影響片上的寄生電容，間接導致芯片的性能下降。SOI技術主要是將 源極/漏極 和 硅片襯底分開，以達到(部分)消除寄生電容的目的。
傳統：
SOI:
製作方法主要有以下幾種(主要在於製作硅-二氧化硅-硅的結構，之後的步驟跟傳統工藝基本一致。)
1. 高溫氧化退火:
在硅表面離子注入一層氧離子層
等氧離子滲入硅層, 形成富氧層
高溫退火
成型
或者是
2. Wafer Bonding(用兩塊! )不是要做夾心餅乾一樣的結構嗎? 爺不差錢! 來兩塊!
對硅2進行表面氧化
對硅2進行氫離子注入對硅2進行氫離子注入
翻面
將氫離子層處理成氣泡層將氫離子層處理成氣泡層
切割掉多餘部分切割掉多餘部分
成型 + 再利用
光刻
離子注入離子注入
微觀圖長這樣:
再次光刻+蝕刻
撤去保護, 中間那個就是Fin撤去保護, 中間那個就是Fin
門部位的多晶硅/高K介質生長門部位的多晶硅/高K介質生長
門部位的氧化層生長門部位的氧化層生長
長成這樣
源極 漏極製作(光刻+ 離子注入)
初層金屬/多晶硅貼片
蝕刻+成型
物理氣相積澱長出表面金屬層(因爲是三維結構, 所有連線要在上部連出)
機械打磨(對! 不打磨會導致金屬層厚度不一致)
成型! 成型!
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