●半導體芯片生產工序簡析
要(yao)了解芯(xin)片的(de)生(sheng)產(chan)工藝，我(wo)們需要(yao)先知(zhi)道芯(xin)片是怎么被制造出來的(de)。讓(rang)我(wo)們分幾(ji)個步驟學(xue)習芯(xin)片的(de)生(sheng)產(chan)過程。
1、硅提純
生產芯片等(deng)芯片的(de)材(cai)料是(shi)半導體，現(xian)階段主要的(de)材(cai)料是(shi)硅Si，這是(shi)一種(zhong)非金(jin)屬(shu)元素(su)，從(cong)化學的(de)角度來看，由于(yu)它處(chu)(chu)于(yu)元素(su)周(zhou)期表中(zhong)金(jin)屬(shu)元素(su)區與(yu)非金(jin)屬(shu)元素(su)區的(de)交界處(chu)(chu)，所以具(ju)有半導體的(de)性(xing)質，適合于(yu)制造(zao)(zao)各種(zhong)微小(xiao)的(de)晶體管，是(shi)目(mu)前最適宜于(yu)制造(zao)(zao)現(xian)代大規模集成電路的(de)材(cai)料之一。
在硅提(ti)純的過程中(zhong)，原材料(liao)硅將被(bei)熔(rong)化，并放(fang)進一個(ge)巨大(da)的石英熔(rong)爐。這時(shi)向熔(rong)爐里(li)放(fang)入一顆晶(jing)(jing)種，以便(bian)硅晶(jing)(jing)體圍著(zhu)這顆晶(jing)(jing)種生長，直到形(xing)成(cheng)一個(ge)幾近完美的單晶(jing)(jing)硅。以往的硅錠的直徑大(da)都是200毫(hao)米(mi)，而芯片廠商正(zheng)在增加300毫(hao)米(mi)晶(jing)(jing)圓(yuan)的生產。
單晶硅硅錠
2、切割晶圓
硅錠造出來(lai)了(le)，并(bing)被整型(xing)成(cheng)一個(ge)完美的(de)(de)圓(yuan)(yuan)柱體，接下(xia)來(lai)將被切(qie)割(ge)成(cheng)片狀，稱為晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)。晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)才被真正用(yong)于(yu)芯(xin)片的(de)(de)制造。所謂的(de)(de)“切(qie)割(ge)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)”也就(jiu)是用(yong)機器從(cong)單晶(jing)(jing)硅棒上切(qie)割(ge)下(xia)一片事(shi)先確定規格(ge)的(de)(de)硅晶(jing)(jing)片，并(bing)將其劃分成(cheng)多個(ge)細小的(de)(de)區(qu)域，每個(ge)區(qu)域都將成(cheng)為一個(ge)芯(xin)片的(de)(de)內核(Die)。一般來(lai)說(shuo)，晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)切(qie)得越薄，相同量的(de)(de)硅材料(liao)能夠制造的(de)(de)芯(xin)片成(cheng)品就(jiu)越多。
ORION 單晶圓清洗(xi)系統
3、影印(yin)（Photolithography）
在經過熱處理得(de)(de)到(dao)的(de)硅(gui)氧(yang)化物層上(shang)面涂敷(fu)一種(zhong)光阻(zu)（Photoresist）物質(zhi)，紫外(wai)線通過印制(zhi)著(zhu)芯片復(fu)雜電路結構圖樣的(de)模板照射硅(gui)基(ji)片，被紫外(wai)線照射的(de)地方(fang)光阻(zu)物質(zhi)溶解。而為了(le)避免讓不需要(yao)被曝(pu)光的(de)區(qu)域也受到(dao)光的(de)干擾，必須制(zhi)作(zuo)遮罩來(lai)遮蔽這些區(qu)域。這是個(ge)相當復(fu)雜的(de)過程，每(mei)一個(ge)遮罩的(de)復(fu)雜程度(du)得(de)(de)用幾十個(ge)GB數據(ju)來(lai)描述。
4、蝕刻（Etching）
這(zhe)是芯(xin)片生(sheng)產過程中重要操作(zuo)，也是芯(xin)片工(gong)業中的(de)重頭(tou)技(ji)術(shu)。蝕(shi)刻(ke)(ke)技(ji)術(shu)把對光(guang)的(de)應用(yong)推向了極限。蝕(shi)刻(ke)(ke)使用(yong)的(de)是波長(chang)很短的(de)紫外光(guang)并配合很大的(de)。短波長(chang)的(de)光(guang)將透過這(zhe)些石(shi)英遮罩的(de)孔照(zhao)在光(guang)敏(min)抗(kang)蝕(shi)膜(mo)上，使之曝光(guang)。接下(xia)來停止光(guang)照(zhao)并移(yi)除遮罩，使用(yong)特定的(de)化學溶液清(qing)洗(xi)掉被曝光(guang)的(de)光(guang)敏(min)抗(kang)蝕(shi)膜(mo)，以及在下(xia)面緊貼(tie)著抗(kang)蝕(shi)膜(mo)的(de)一層硅。
GlobalFoundries德(de)國德(de)累(lei)斯(si)頓(dun)工(gong)廠光刻區(qu)域（驅動之家(jia)圖片）
然后，曝光(guang)的硅將被原子轟擊，使得暴露(lu)的硅基片局(ju)部(bu)摻雜(za)，從而改(gai)變這些(xie)區域的導電狀態(tai)，以制造出N井或P井，結合上面制造的基片，芯(xin)片的門電路就完成了。
5、重復、分層(ceng)
為加工新的(de)(de)(de)一(yi)層(ceng)電路，再次生(sheng)長硅(gui)(gui)氧化物，然后沉(chen)積一(yi)層(ceng)多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)(gui)，涂敷光阻物質，重復(fu)影印、蝕刻過(guo)(guo)程，得到含(han)多(duo)(duo)晶(jing)硅(gui)(gui)和硅(gui)(gui)氧化物的(de)(de)(de)溝槽結構。重復(fu)多(duo)(duo)遍，形成一(yi)個3D的(de)(de)(de)結構，這才(cai)是最終(zhong)的(de)(de)(de)芯(xin)(xin)片的(de)(de)(de)核心。每幾層(ceng)中間都要填上金(jin)屬作為導體(ti)(ti)。層(ceng)數決定于設計(ji)時芯(xin)(xin)片的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)布局和晶(jing)體(ti)(ti)管(guan)規模，以及通過(guo)(guo)的(de)(de)(de)電流(liu)大小(xiao)。
6、封(feng)裝
這時的芯片(pian)是一(yi)(yi)塊(kuai)塊(kuai)晶圓，它還不能直(zhi)接被(bei)用(yong)戶使用(yong)，必須將它封(feng)入一(yi)(yi)個陶(tao)瓷的或(huo)塑料的封(feng)殼中，這樣它就可以很容易地(di)裝在一(yi)(yi)塊(kuai)電路板上了。封(feng)裝結構各(ge)有(you)不同(tong)，但越高級的芯片(pian)封(feng)裝也越復(fu)雜，新的封(feng)裝往往能帶來芯片(pian)電氣性能和穩定性的提(ti)升，并能間(jian)接地(di)為主頻的提(ti)升提(ti)供堅實可靠的基礎。
7、多次測試
測(ce)試是(shi)一(yi)個(ge)芯(xin)(xin)片制造(zao)的(de)重要環節，也是(shi)一(yi)塊芯(xin)(xin)片出廠前(qian)必要的(de)考(kao)驗。這一(yi)步將(jiang)測(ce)試晶圓的(de)電(dian)氣性(xing)能，以檢查是(shi)否出了什么(me)差(cha)錯，以及這些差(cha)錯出現在(zai)哪(na)個(ge)步驟（如果可能的(de)話）。接(jie)下來，晶圓上的(de)每(mei)個(ge)芯(xin)(xin)片核心都(dou)將(jiang)被分開測(ce)試。
芯片(pian)在通(tong)過一次(ci)次(ci)測(ce)試
由于(yu)SRAM（靜態隨機存儲(chu)器，芯片(pian)中緩(huan)存的基本組成）結構(gou)復雜、密度高，所以緩(huan)存是芯片(pian)中容(rong)易出問題(ti)的部(bu)分(fen)，對緩(huan)存的測試(shi)也是芯片(pian)測試(shi)中的重要部(bu)分(fen)。
每塊芯(xin)片(pian)(pian)將被進行完全(quan)(quan)測試，以檢(jian)驗其全(quan)(quan)部功(gong)能。某些(xie)(xie)芯(xin)片(pian)(pian)能夠在較高的頻率(lv)(lv)下(xia)運(yun)(yun)行，所(suo)以被標(biao)上了較高的頻率(lv)(lv)；而(er)有些(xie)(xie)芯(xin)片(pian)(pian)因為(wei)種種原因運(yun)(yun)行頻率(lv)(lv)較低(di)，所(suo)以被標(biao)上了較低(di)的頻率(lv)(lv)。最(zui)后，個別芯(xin)片(pian)(pian)可能存在某些(xie)(xie)功(gong)能上的缺陷，如(ru)果問題出(chu)在緩存上，制造(zao)商仍然(ran)可以屏蔽掉它的部分緩存，這意味著這塊芯(xin)片(pian)(pian)依(yi)然(ran)能夠出(chu)售，只是(shi)它可能是(shi)Celeron等低(di)端產(chan)品(pin)。
當芯片被(bei)放進包裝盒之前(qian)，一般還要進行最后一次測試，以確(que)(que)保(bao)之前(qian)的(de)(de)工作準確(que)(que)無誤。根(gen)據前(qian)面確(que)(que)定的(de)(de)最高(gao)運(yun)行頻率和緩存的(de)(de)不(bu)同，它們被(bei)放進不(bu)同的(de)(de)包裝，銷往世界各(ge)地。