半导体制造工艺详解：从单晶硅片到芯片封装

半导体制造工艺详解：从单晶硅片到芯片封装

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_65285898/article/details/145523588

半导体制造工艺是现代电子工业的基础，从单晶硅片的制造到最终的芯片封装测试，每一步都凝聚着人类智慧的结晶。本文将带你深入了解这一复杂而精密的制造过程，从原材料的提纯到最终产品的封装测试，每一个环节都至关重要。

一、半导体制造工艺的概述

半导体制造工艺可分为前中后三段：

• 前段工艺：主要涉及单晶硅片的制造，包括拉单晶、切片、倒角、研磨、检测和清洗等步骤。
• 中段工艺：主要进行晶圆制造，涵盖氧化、涂胶、烘干、光刻、显影、刻蚀、离子注入、薄膜沉积和研磨等多个环节。
• 后段工艺：主要完成晶圆封装测试，包括晶圆减薄、划片、贴片、引线键合、封装和测试等工序。

对中国而言，中段工艺是当前需要重点攻关的技术难题。

二、单晶硅片的制造

1.单晶硅的制造

单晶硅的制造主要采用提拉法，这是一种熔体生长法。具体步骤如下：

1. 准备多晶硅原料和籽晶杆，将原料放入坩埚中熔化。
2. 将带有籽晶的籽晶杆插入熔体内，使熔体沿着籽晶结晶。
3. 以一定速度提拉并逆时针旋转，最终生长出棒状单晶体。

这种方法生产的单晶体生长速度快、质量好，适合大尺寸高质量晶体的批量生产。

2.晶棒的切割、研磨

晶棒制造完成后，需要进行切割和研磨处理：

1. 机器检测晶棒的型号及纵向电阻率分布后，切去头部、尾部以及不合格的部分，形成圆柱形单晶硅原料。
2. 由于芯片制造对晶棒直径有严格要求，需要控制拉出的单晶直径比要求大3~5毫米，然后通过滚磨机对外周进行滚磨，确保横截面直径在指定范围内。

3.晶棒的切片、倒角和打磨

晶棒经过切割和研磨后，需要进一步处理：

1. 切片：使用含有金刚石颗粒的钢线旋转切割晶棒。
2. 倒角：对切好的晶片边缘进行倒角处理，使其形成圆弧形，以增强机械强度并减少污染。
3. 打磨：采用化学机械研磨（CMP）设备进行厚度统一和表面抛光。抛光过程中，抛光液中的化学成分先与晶圆表面反应软化材料，然后通过抛光头施加压力去除反应物，达到整平目的。

4.晶圆的检测和清洗

最后一步是对晶圆进行检测和清洗：

1. 使用AOI检测设备检查外观缺陷，包括裂痕、位移偏差和缺失等。检测原理是通过摄像技术将反射光强转化为灰阶值，与标准图像进行比较分析。
2. 清洗：将晶圆浸入刻蚀剂中去除表面杂质。

此刻，我们常见的硅片就制造完成了。

三、晶圆制造

晶圆制造部分的流程较为复杂，主要包括以下几个关键步骤：

1. 氧化与涂胶：在晶圆表面形成氧化层，然后涂覆光刻胶。
2. 光刻与显影：通过光刻机将电路图案投射到光刻胶上，然后进行显影处理。
3. 刻蚀与脱胶：使用化学或物理方法去除不需要的材料，然后去除光刻胶。
4. 掺杂与退火：通过离子注入等方式掺入杂质，然后进行退火处理以改善材料性能。
5. 薄膜沉积、金属化和晶圆减薄：在晶圆表面沉积金属薄膜，实现电气连接，并对晶圆进行减薄处理。
6. MOSFET在晶圆表面的形成：通过浅沟槽隔离（STI）工艺和单个MOSFET制造等步骤，最终形成完整的晶体管结构。

四、晶圆封装测试

晶圆制造完成后，还需要进行封装测试：

1. 晶圆的划片：将晶圆切割成单个芯片。
2. 芯片的封装：将芯片封装在保护壳中，提供电气连接和散热功能。
3. 芯片的测试：对封装后的芯片进行功能和性能测试，确保其符合规格要求。

半导体制造工艺是一个复杂而精密的过程，涉及多个学科领域的知识和技术。随着科技的不断发展，半导体制造工艺也在不断创新和优化，为人类带来更多高性能的电子产品和系统。