半导体制造全流程

半导体制造是一个极其复杂且精密的过程，重要涉及将硅片加工乐成能强大的芯片。以下是半导体制造的全流程概述：

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1. 硅材料制备

• 硅提纯：
  
  
  
  • 利用冶金级硅，进一步提纯为高纯度硅（电子级硅），纯度可达 99.9999999%。
    
  
  
• 单晶硅拉制：
  
  
  
  • 通过 Czochralski（CZ）法 或 区熔法，将纯硅制成单晶硅棒。
    
  • 硅棒的直径、掺杂剂类型（N型或P型）及阻值由工艺需求决定。
    
  
  
• 硅晶圆切片和抛光：
  
  
  
  • 将单晶硅棒切割成薄片（硅晶圆），通常为300mm或200mm直径。
    
  • 晶圆经过抛光和清洗，形成平整光滑的外貌。
    
  
  

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2. 光刻与图形界说

• 光刻胶涂布：
  
  
  
  • 在晶圆外貌匀称涂布一层光敏材料（光刻胶）。
    
  
  
• 光刻曝光：
  
  
  
  • 利用光刻机将掩模版（Mask/Reticle）上的电路图形通过紫外光投射到光刻胶上。
    
  • 不同曝光技术包括：深紫外光（DUV）和极紫外光（EUV）。
    
  
  
• 显影：
  
  
  
  • 将光刻胶经过显影液处理，去除曝光后或未曝光部分，形成电路图形的模板。
    
  
  
• 图形校准：
  
  
  
  • 通过正确对准对每层电路举行叠加，确保电路图形对齐。
    
  
  

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3. 蚀刻

• 干法蚀刻：
  
  
  
  • 利用等离子体刻蚀设备，选择性移除未被光刻胶保护的材料。
    
  • 正确控制蚀刻深度和侧壁形状。
    
  
  
• 湿法蚀刻：
  
  
  
  • 用化学溶液溶解特定区域材料，适合较大特征尺寸的蚀刻。
    
  
  

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4. 离子注入与掺杂

• 离子注入：
  
  
  
  • 通过加快器将掺杂离子（如磷、硼等）植入硅外貌，改变材料的导电性。
    
  
  
• 退火：
  
  
  
  • 利用高温退火工艺激活掺杂剂，使其进入晶格位置，并修复离子注入导致的晶体损伤。
    
  
  

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5. 薄膜沉积

• 化学气相沉积（CVD）：
  
  
  
  • 利用气态化学反应在晶圆外貌形成薄膜（如二氧化硅、氮化硅等）。
    
  
  
• 物理气相沉积（PVD）：
  
  
  
  • 包括溅射和蒸镀，用于金属膜沉积（如铝、铜等）。
    
  
  
• 原子层沉积（ALD）：
  
  
  
  • 用于超薄膜沉积，厚度控制在纳米级。
    
  
  

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6. CMP（化学机械抛光）

• 利用化学和机械结合的方法，对晶圆外貌举行平展化处理。
  
• 确保每一层的图形能够正确叠加。
  

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7. 互连（布线）

• 介电材料沉积：
  
  
  
  • 在晶圆上沉积绝缘层，以隔离不同的金属层。
    
  
  
• 金属布线：
  
  
  
  • 利用铜或铝作为导线，连接不同的晶体管和电路。
    
  • 通过多层布线技术提升电路复杂度和性能。
    
  
  
• 过孔（Via）制作：
  
  
  
  • 在不同金属层之间买通电气连接。
    
  
  

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8. 封装与测试

• 晶圆测试：
  
  
  
  • 利用探针台测试每个芯片的功能和性能，标记不合格芯片。
    
  
  
• 切割（Dicing）：
  
  
  
  • 将晶圆切割成单个芯片（裸片）。
    
  
  
• 芯片封装：
  
  
  
  • 将裸片安装在封装基板上，焊接引线或通过倒装芯片技术连接。
    
  
  
• 终极测试：
  
  
  
  • 测试封装芯片的功能、电性能和可靠性。
    
  
  
• 出货：
  
  
  
  • 合格芯片进入市场。
    
  
  

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9. 其他关键技术

• EUV光刻：
  
  
  
  • 利用13.5nm波长的极紫外光实现先辈工艺节点（如7nm、5nm）。
    
  
  
• FinFET（鳍式场效应晶体管）：
  
  
  
  • 3D晶体管架构，进步电流控制能力。
    
  
  
• 先辈封装：
  
  
  
  • 如2.5D封装和3D堆叠技术，提升芯片性能和密度。
    
  
  

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整个半导体制造流程必要极高的精度和清洁度（无尘室环境），并结合光学、材料科学、化学和电子学等多学科技术。

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