芯片制造的八大工艺
芯片制造的八大工藝
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科技曼曼談
推薦于：2023-06-04 17:30:44
芯片(Integrated Circuit)是科技發展的重要產物之一，在現代電子科技領域，擁有廣泛的應用，如計算機、手機、數碼產品甚至人工智能等。芯片制造過程非常復雜，需要經歷許多工序，從晶片的制造到元器件的制作，損失巨大，生產周期長。本文將介紹芯片制造的八大工藝并分別進行說明。
一、晶圓制造工藝
晶圓制造工藝是整個芯片制造過程的首要步驟。在該工藝過程中，關鍵的部分之一就是將超級純的硅材料熔化并凝固成硅晶圓。硅晶圓的制作包含如下基本過程：
1. Czochralski(CZ)方法：這是一種常用的制造晶圓的工藝方法。在這個方法中，制造商將硅的小棒(成為“籽晶”)插入熔融硅中，然后緩慢地將籽晶撤離開來。在這個過程中，該棒慢慢地旋轉，并且漸漸的形成少許晶圓。這個工藝能夠制造出晶圓，將晶片(和包含電路)刻劃到晶片上。
2. 輝光放電(GD)方法：這個方法在制造高品質的、大直徑的硅晶圓方面很有用。殘余的純化雜質被排在晶片的最表面，掃描路線進行均勻化。再通過鈉水溶液的清洗，最終藉由干燥與精加工獲得高質量的硅晶圓。
二、晶片制作工藝
制作晶片是芯片制造中的第二個主要工藝過程。在這個過程中，制造商要在硅晶圓表面結構上形成復雜的元素，以在芯片上制造出各種電路，實現不同的功能。該工藝包含下列過程：
1. 選取芯片晶圓：制造商需要使用 X 光束來查看硅晶圓的內部構造，選擇具有合適晶圓結構的晶圓。
2. 經典光刻：制造商使用投射光刻機將晶圓上的電路結構投影到光敏化的石英玻璃板上。在此期間，芯片在光照和化學反應的作用下被加工。
3. 蝕刻與補償刻劃：浸泡芯片，在各種性質的液體中來達到刻劃，刻劃完后需要補償晶片受損的部位。
三、不同芯片層之間結合工藝
在芯片制造過程中，每一層的刻劃只能制作出一種電路結構，通過在不同的芯片層之間結合，可以構建出復雜的電路結構，實現更多的功能。該過程主要包含下列步驟：
1. 產生激活劑：調配出各種清洗藥水，將元件和芯片浸泡、涂抹，以激活并提升元件的性能。
2. 化學蒸氣沉積：當進行晶圓操作時，光滑的物質會涂在表面，沉積下來的物質會通過化學反應，生成用于制作各種電路結構的材料。
3. 鈦的氧化物：將二氧化鈦均勻地涂在硅晶圓表面上，以保護硅的表面，防止與有害物質接觸。
4. 金屬的沉積：在芯片上沉積合適的金屬來連接芯片與元器件之間的連接器。
四、晶片表面處理工藝
表面處理工藝是使得晶片表面平滑化，增加晶片外觀和使用壽命的過程。該工藝主要包含下列步驟：
1. 金屬拋光：通過機械磨擦來去除微小的刻痕，以保持芯片表面的平滑度。
2. 氧奈米級化學機器拋光：通過化學反應拋光懸浮在拋光液中的小顆粒，得到石英玻璃的平滑表面。
五、軟件設計工藝
芯片設計的所有實際指令被輸入到計算機中，通過編程軟件進行實現。芯片設計工程師會在計算機上給定所期望的電路結構，設計出各種預設，并通過藍圖程序輸出。該工藝主要包含下列步驟：
1. 計算機輔助設計(CAD)：CAD是一種使用計算機軟件和硬件對工程中的設計進行計算、演示和制造模型的過程。在芯片制造工藝中，CAD用于創造出晶片的設計圖紙，并提供給制造商進行實際操作。
2. 電路仿真：電路仿真可以通過計算機模擬芯片的性能和特征，驗證芯片設計是否符合需要。
六、封裝工藝
芯片封裝工藝是將制作完成的晶片裝配到元器件上，以便在電路板(PCB)上工作的過程。該工藝主要包含下列步驟：
1. 切割晶圓：將硅晶圓切割成單獨的晶片。
2. 接線：將晶片的內部引線連接到外部元器件的引線上。
3. 填充：在晶片的周圍加上塑料、硅膠等材料，以保護電路。
4. 焊接/封裝：使用焊接機或其他設備將硬棒焊接到板上，以方便元器件的插拔工作。
七、測試工藝
芯片制單元 Testing 是芯片制造中的最后一個工藝過程。 在該工藝中，被制造商的芯片將被仔細地測試和檢測，以確保它們的質量和協同工作。該過程主要包含下列步驟：
1. 邏輯測試：邏輯測試通常是測量晶片的電學行為，以確保晶片的各種設計參數符合預期。
2. 功能測試：功能測試是檢查芯片是否正確地執行計算機命令。
3. 組合測試：組合測試是將多個芯片組合成一個完整的、單獨的系統，以測試其互動功能。
八、質量控制工藝
芯片制造的任何一個環節失控都可能導致整個芯片的失效，因此質量控制非常重要。質量控制包括原材料質量的保證、生產過程中的質量監控和品質檢驗等。在制造完成之后，質量控制還包括售后服務和質量問題解決。
總結
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