芯片在制造过程中，需要经历哪些复杂工艺？

#芯片在制造过程中，需要经历哪些复杂工艺？#芯片制造是当今世界最为复杂和精细的工艺过程。这是一个由众多顶尖企业共同完成的一个复杂过程。 芯片一般指芯片（Chip）或集成电路芯片（Integrated Circuit Chip），是一种由半导体材料制成的微小的电子器件。

通常来说，芯片就是集成电路（integrated circuit）。两者之间可以划等号，互相换用。通过特定技术，将晶体管、电阻、电容、二极管等电子元件集成在单一基板上，形成的一种微型电路，叫做集成电路。但如果这个基板，采用的是半导体材料（例如硅），或者说，集成电路由半导体材料晶圆制造而来，就属于半导体集成电路。

传统意义上说的集成电路，基本上都是指半导体集成电路，半导体、芯片、集成电路三个词，经常可以混用。大致可以分为以下几个关键阶段：

### 1. 晶圆制造（Wafer 7）

- 拉晶 (Crystal Pulling)：将多晶硅熔炼，并在惰性气体环境下，通过单晶硅“种子”缓慢旋转提取单晶硅锭，其直径由温度和提取速度控制。

- 晶圆切片 (Wafer Slicing)：使用精密锯将硅锭切割成薄片，即晶圆。

- 晶圆研磨、侵蚀 (Lapping, Etching)：通过机械研磨和化学蚀刻减少晶圆表面的损伤和裂纹，确保平整度。

- 硅片抛光、清洗 (Polishing, Cleaning)：采用化学机械抛光(CMP)进行抛光，然后通过一系列化学和物理清洗步骤，包括使用SC1、SC2溶液，去除杂质并生成新的自然氧化层。

### 2. 芯片前道工艺（Front-End of Line, FEOL）

- 前期准备：包括物料准备、设备检查等。

- 薄膜沉积：通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术形成薄膜。

- 光刻：将电路图案转移到光刻胶上，后续进行刻蚀以形成电路结构。

- 刻蚀：根据光刻胶的图案，精确去除薄膜，形成电路线条。

- 离子注入：调整半导体材料的导电类型，形成源极、漏极等。

- 清洗：每一步后进行，确保无杂质，维持工艺质量。

- 测量：在关键步骤中进行，确保工艺符合要求。

### 3. 后道工艺（Back-End of Line, BEOL）

- 互连：构建多层金属连线，连接不同的晶体管。

- 绝缘层沉积：在金属层之间添加绝缘层。

- 封装测试：将完成的晶圆切割成单独的芯片，封装保护，并进行功能测试。

### 4. 关键技术

- 晶圆制备技术：确保晶圆的高质量。

- 薄膜沉积技术：形成均匀、光滑的薄膜。

- 光刻技术：实现高精度的图案转移。

- 清洗技术：保持晶圆清洁，避免污染。

整个过程涉及数百甚至上千个步骤，需要高度精准的设备和严格的环境控制。从设计到最终产品的出炉，每一个环节都至关重要，任何微小的错误都可能导致整个批次的芯片失效。随着技术的进步，如7纳米及更小的制程，工艺的复杂性和对精度的要求更是达到了前所未有的高度。

芯片的制造原理，3D动画看从砂子到芯片的完整过程

这是一块芯片，把它放大可以看到迷宫一样的线路，线路远远不止一层，每层都错综复杂。再放大就能看到晶体管，一块芯片里有260亿个这样的晶体管，最先进的芯片已经能装900亿个晶体管了。

芯片是怎么造出来的？

·先把石英砂制成多晶硅，加热让它熔化，再让它生长成纯度达到9个9的单晶硅。

·然后掐头去尾切割成硅片，再抛光打磨出镜面就造出了晶圆。12寸晶圆的直径是300毫米，跟一口锅差不多，能切出230个芯片来，但它的厚度只有0.75毫米，非常脆弱。

·加工的时候要用晶圆盒装起来，运到晶圆厂的各个机器里走流程，每次进出机器都需要机械手轻轻地拍拿放，整个过程没有工人接触，保持绝对的干净。

·加工前要先清洁晶圆，先用去离子水清洗，再用气体来干燥，然后放在高温下通入氧气，让晶圆表面形成一层二氧化硅保护层，这样制造芯片的材料就准备好了。

·接下来要用光把电路图刻到芯片表面，说是刻其实是把电路图复制到光刻胶上。先在晶圆中心滴上光刻胶，然后高速旋转，用离心力让光刻胶分布均匀，浅浅烘烤一下帮助光刻胶附着。

·重点来了，下面要把晶圆送进光刻机了，准备一张光掩膜，它是刻着电路图的玻璃遮光板，一张光掩膜就要30万美元，制造一块芯片需要80张不同的光掩膜，算算这得多少钱？这组透镜可以把光掩膜上的图案缩小4倍，再投射到芯片上，光的分辨率决定了芯片能做到多小，顶级的光刻机要2亿美元一台。

·然后用紫外光照射晶圆，光刻胶见光死，被照射到的胶很容易脱落，而没被照射到的留了下来，形成了跟光掩膜一样的电路图，就像盖章一样在晶圆上盖230个章，实际过程很快就形成了230个电路图。

·然后用去离子水和显影液一洗，让已经见光死的胶脱落，露出电路图，再烘烤一次，让晶圆上残留的光刻胶变硬。

·接着就照着电路图刻蚀出电路，把晶圆泡到溶剂里，没有光刻胶保护的地方会被腐蚀掉，严格控制溶剂成分和浸泡时间就能刻出指定深度的沟儿，跟光掩膜上的电路图一模一样。

·如果不刻蚀晶圆而是给它表面喷膜或者让它自己长出一层膜，那没有光刻胶保护的地方厚度就会增加，就好像用遮板来喷字一样。

·薄膜一共有3种：金属、绝缘体也就是氧化物还有硅的结晶层，每种都用不同的工艺来流积晶层。纯硅导电性差，往晶圆里注入金属离子才能实现电流和信号的传递，形成真正的电路。注入离子的时候会破坏晶格，注入之后要顺手修复。沉积和离子注入之前也要用光刻机刻画出电路图，这就是为什么光刻机如此重要。

·这只是完成了一层，而芯片一共有80层，重复上面的步骤80次，每次结束的时候都要清洗晶圆，这才能形成80层堆叠起来的导电或绝缘层，每一层都有设计好的线路图案。再坚持一下，快造好了。

·用电镜检查晶体管的结构，标记出有缺陷的部分，把晶圆切割成小方块，最后完成封装。

价格高达10万块的芯片就制作好了，100000RMB。

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