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集成电路的制作流程是怎样的?

小季 | 2017/10/20 11:03:04

求科普性的答案


  • 小星星  |   2017/10/23 10:38:21

    有些瑕疵望指正。

    我将问题当中的制作理解为“制造”。下面主要讲解制造一片IC所需要的工艺流程,简要科普设计流程。
    1.设计
    在制造之前,需要有专业的IC designer讲所要制造的IC设计出来。
    设计IC可以分得很细,传统的VLSI设计流程可分为:
    (1).System specification
    (2).Functional design
    (3).Logic synthesis
    (4).Circuit design
    (5).Physical design and verification
    我是学制程的,对设计不做过多解释,住进时间还能打把dota。
    有了物理设计图纸之后,我们就要考虑将其在
    2.工艺(制程)
    (1)晶圆制造:以Si为例。目前业界主流的IC都是基于Si的,所以我们需要先获得加工的原材料,就是高纯度的硅了。提炼出高纯度的硅之后,我们就考虑如何获得具有相同晶向的单晶硅,厂商会首先通过拉晶的方法得到一根一根的硅碇,通俗表达式通过一块籽晶在熔融的液态硅上拉获得的,在此过程中可以进行N或者P型的掺杂,然后将其打磨,抛光,切片,抛光。产业界所用的硅片都是双面抛光的了,如果你没见过,我告诉你硅片的样子看着就像中间没有洞洞的光盘。目前TSMC主要在用12寸晶圆,不断有说其在推进18寸晶圆。一块晶片上就可以加工得到许许多多相同的IC。然而一块纯硅片是不够的,我们还需要在纯硅两侧镀上氧化层(以后简写为Oxi),基于硅得天独厚的优势,可以轻易在炉管中加温通氧气获得天然氧化层SiO2绝缘层,这一层是很薄的,.但对COMS工艺具有相当重要的意义。
    (2)晶圆加工:这里大概会重复20-30道主流的工艺,它们主要有:Clean、炉管、涂光阻、曝光、软/硬烤、显影、去光阻、蚀刻、掺杂(注入、扩散)、退火、镀铜(我会用金属溅镀sputter)、去铜(做interconnects)等。上面的步骤是需要重复的。对于传统IC而言,大致是:在晶圆表面制作出CMOSFET及各种电阻电容,再用8层立体金属连线将最底下这些器件按照图纸连起来。而在3D IC中更需要TSV、对准、bonding等步骤将两层wafer粘合到一起成为一块3D的芯片。
    (3)电性测量:经过上述步奏,一片圆形的晶片上出现许多小格子,每一个格子就是我们希望得到的芯片的雏形了,之后需要测量一下加工完毕的片子的I-V,C-V等电气特性等,是有专门的测量仪器通过探针在打在两侧的金属或poly上扫描分析完成的,我做实验时候用的四个探针,不知道产业界如何。
    (4)切割、封装:这一步是在封装厂里做的,晶圆厂(如TSMC)将加工完成的完整晶片运送至芯片封装厂(如日月光),封装厂通过设备将晶片(wafer)切割,得到许多相同的晶粒(die),此时的芯片会比我们在市场上看到的CPU或内存小而薄得多,这是因为它们还没有封装。封装即是将die固定在塑料或陶瓷基座上,并引出许多引脚,最后用胶水密封。
    (5)测试:顾名思义。与之前的电测相比,更具更仔细和有针对性。

    以上所有步骤都是不希望有灰尘等杂质参与的。


  • 帝哲  |   2017/10/24 14:50:44

    我来补充一下高纯硅是怎么来的: 原料是石英砂,按选矿的工艺,选出所需要的高质量石英砂 电炉里用碳还原,SiO2 2C -> Si 2CO 得到的硅能达到98%的纯度。 把它熔化再重新结晶,可以把纯度提高到99.8%。 用氯气和硅反应,得到液态的四氯化硅,然后可以利用精馏工艺对它进一步提纯,类似炼油的原理。之后用氢气再把四氯化硅还原成硅,可以把纯度提高到99.99%。 但是用来做集成电路还不够。下一步是区域熔融法,把硅做成一根长棒,用一个感应线圈套在上面加热使它熔化,线圈缓慢移动,于是熔区跟着移动。熔区从这头移到那头,就有一部分杂质被集中到了硅棒末端。反复进行几次,可以把纯度提高到99.999999%。 最后就是拉单晶了。


  • XXD  |   2017/10/30 16:14:23

    院长讲的一学期微电子技术概论课,就记得掩膜光刻腐蚀掺杂了