電子行業人士帶你入行之晶圓設計制造小白篇

發布時間:2016-6-20 15:15    發布者:芯易網
關鍵詞: 電子元器件 , IC , 半導體 , IC芯片
晶圓對于電子行業來說,并不陌生。晶圓是一個包含集成電路的硅晶片,它是制造芯片的基礎。
如果要解釋晶圓(wafer)的話,大家可以用樂高積木腦補一下,如果用積木比如成芯片的話,那上面一個個小的凸點就是晶圓(wafer)。在晶圓的基礎上添加基板和原子,這就是芯片的雛形。
在晶圓的原材料里面,有一種叫單晶(monocrystalline)的特殊晶體結構,其特性是N個原子在上面緊密排列成一個平整的原子表層?梢哉f,單晶是晶圓最常用的固體材料。要想生產這種材料,必須對原材料進行純化和拉晶。
單晶的晶圓制造步驟
第一步是冶金純化,在2000°C的電弧熔爐中放入砂石原料,并在純化的過程中加入碳,使其氧化還原后把硅的純度提高至98%以上。然后還要將其與氯化氫進行氯化反應,然后再通過其他的工藝(如下圖),進一步提純(純度提高到99.9999999999%),成為制作IC芯片所需的電子級硅。
第二步就是拉晶,先融化前面純化好的晶硅,將成為液體狀態的硅與單晶的硅種(seed)接觸,邊旋轉邊緩慢將硅種拉起,就像做陶藝一樣,待離開液面的硅原子凝固后便完成了單晶硅柱了(硅種就是為了讓原子排列整齊的)。
而平常我們說的8寸、12標識,就是指拉晶后的晶柱,前面我們說了,拉晶想做陶藝,所以拉晶的時候速度和溫度的控制直接影響著晶柱質素。越大的尺寸對拉晶的溫度和速度的把控越嚴格,所以12寸的比8寸的晶圓要貴。
當然,這么長的硅柱是沒有辦法直接做成芯片的基板,那怎么辦?接下來就要切割,用鉆石刀橫向切成圓片,再經過拋光后做出制作芯片所需要的硅晶圓。
通過純化和拉晶,芯片基板就大功告成了。下面就是芯片制作,這跟樂高積木一樣層層疊堆,進而造出我們期許的IC芯片。
層層疊堆的芯片
IC芯片的制造,就是將設計好的電路疊堆組合起來的,這種制作方法可減少因為電路連接而造出的面積浪費。具體參考下圖:
注:圖片來源網絡
從上面的IC電路立體圖可以直觀看出,IC芯片就像建房子一樣,層層疊堆。圖中紫色圓形的部分就是晶圓,不難看出,晶圓基板在芯片中的重要性是不言而喻的。
和其他樓層相比,IC電路的“建造”是十分復雜的。如果說紅色部分是整個“大樓”的首層,也是整個IC電路中的邏輯閘層,這里掌握著較多的機動性,作為整個IC電路的重要組成部分,這里能將多種邏輯閘結合在一起,組成功能各異的芯片。
而粉色部分則可以形容為樓頂,和一樓不同,這里不需要太復雜的結構,也沒有其他多余的功能。這里就是將晶圓和邏輯閘連接在一起,用以滿足多線路下的接駁需求。
芯片構架逐步完成
在了解芯片(芯易網)的構造后,制作的方法也就容易讀懂的了。和設計芯片一樣,制作IC也有一個形象的比如—油漆噴灌。一般的用油漆噴灌作圖的時候,需要把割出圖形的遮蓋板覆蓋在紙上,然后均勻噴上油漆。IC的制造方法也是一樣,由遮蓋的方法一層層疊堆上去。
制作IC的流程可分為四步(參考下圖),除了材料、工藝之外,目前行業內大部分都采用這種流程。然而這個IC制作過程和油漆噴灌也有一點不同,就是制造IC是先涂料再蓋遮版,而噴漆作畫則是先蓋再噴。

以上流程完成后,就到了最后一步,將用晶圓做成的IC芯片剪下來;最后將剪下來的IC芯片送到封裝廠做封裝即可。

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