來源：超級(jí)無線店

如今的5G手機(jī)終端已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是通信工具，還可以是辦公生產(chǎn)工具、可以是相機(jī)、可以是身份證明、可以是影音娛樂設(shè)備、插入VR設(shè)備中甚至可以是元宇宙的接口，它伴隨人們左右，填滿了人們每天日常。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，終端內(nèi)的數(shù)十種芯片正在勤勤懇懇地默默奉獻(xiàn)中。

而一款芯片的誕生主要由芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、芯片封裝和測試組成。有人說芯片制造好似樂高搭積木，芯片設(shè)計(jì)相當(dāng)于樂高的那張?jiān)O(shè)計(jì)圖紙，那么根據(jù)圖紙搭個(gè)積木很難嗎？接下來就給各位看官介紹下芯片制造是如何點(diǎn)沙成“芯”的（硅基芯片為例），讓咱們看看他到底難不難。

說到搭積木首先咱們得有基本的積木塊塊，而芯片的“積木”就是晶元了。晶元其實(shí)就是高純度的硅切片。首先，為了得到高純度的硅，將硅石（二氧化硅，也就是沙子）通過氧化還原反應(yīng)，還原成硅，并通過各種化學(xué)提純手段，去除硅里面雜質(zhì)，這時(shí)硅的純度可以達(dá)到99.999999999%。

純度雖然很高了，但是此時(shí)硅的晶格排布還是紊亂的。為了得到整齊排布的硅，一般會(huì)通過直拉法等方法，用單晶的硅種將多晶的硅液“誘導(dǎo)”形成一根具有晶格整齊排布的單晶硅棒。

然后，掐頭去尾，再用鋼琴絲做的線刀將其切片，分成一片片的硅薄片，也就是晶元，到這里我們總算是有了初始的“積木”。

有了“積木”，接下來就是照著圖紙“搭積木”了，也就是硅晶元上生成數(shù)以千億計(jì)的晶體管以及對(duì)應(yīng)連接的電路。為了生成這些晶體管就需要對(duì)晶圓進(jìn)行反復(fù)加工，一層層堆積，最終形成一晶圓的未包裝的芯片裸片。接下來，給各位看官具體介紹下如何在晶圓上長出晶體管并形成芯片。

（一）

Step 1?光刻加刻蝕，芯片制造的核心

?

當(dāng)拿到一片晶圓后，首先需要對(duì)它進(jìn)行清洗和離子注入（一般讓其呈P型）的工作。然后通過化學(xué)氣相沉淀，在晶圓上長出來芯片需要的一些層。為了在晶圓上雕刻我們想要的圖形，我們需要用光刻膠保護(hù)住不希望刻除的部分，那么就需要用光刻膠“畫出”我們想要的圖形。這一步我們用光刻膠涂滿晶元，然后激光穿過雕刻著圖形的掩膜板，和光刻膠反應(yīng)。反應(yīng)后的光刻膠可以用顯影液清洗掉，這樣我們就得到了想要的光刻膠圖形，并形成了晶體管位置的基礎(chǔ)圖形。

光刻加刻蝕在芯片制造中會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，用來雕刻不同位置的圖形，這個(gè)方法是芯片誕生的核心思想。

（二）

Step 2?物理和化學(xué)交織，編織出芯片制造的基礎(chǔ)

實(shí)際從制備晶圓，提純硅材料開始，化學(xué)就始終陪伴著芯片制造。在對(duì)晶圓的加工過程中，化學(xué)與芯片制造就結(jié)合得更為緊密了。從化學(xué)氣相沉淀生長材料、到離子注入使材料呈現(xiàn)特定的特性、再到光刻膠的去除及固化和濕式刻蝕通過化學(xué)反應(yīng)溶解需要去除的部分，化學(xué)不可或缺地扮演著重要角色。接下來的晶體管生成更是可以清晰體現(xiàn)這點(diǎn)。

?

對(duì)上面的晶圓繼續(xù)加工，在側(cè)壁生長硅氧化物對(duì)各晶體管進(jìn)行隔離，然后將頂部的氧化層去除，再生長一層純凈的氧化層，并在氧化層上生長一層多晶硅來制作晶體管的柵極。接下來再實(shí)施一次光刻加刻蝕，完成柵極制作。接下來施展離子注入，在晶圓上形成n型區(qū)域，此時(shí)已經(jīng)有晶體管的雛形了。接著生長硅氧化層并用干性刻蝕，使得n型區(qū)域剝離出來的同時(shí)，給柵極增加側(cè)壁保護(hù)。然后，再用離子注入形成高濃度n型導(dǎo)電區(qū)域，此時(shí)晶體管已經(jīng)基本完成。為了更好連接各個(gè)電極，先濺鍍生長一層鈷薄膜，然后加熱讓鈷和硅反應(yīng)生產(chǎn)硅鈷薄膜，最后用濕式刻蝕去除多余的鈷膜，晶體管就算正式完成了。

（三）

Step 3?芯片加工反復(fù)重復(fù)，勇敢牛牛不怕困難

從上述的步驟可以看到在芯片制造的過程中，反復(fù)對(duì)晶圓進(jìn)行材料生長然后光刻刻蝕，或直接刻蝕。而實(shí)際上，上述步驟只是最簡單的示意，實(shí)際加工中有些步驟甚至需要反復(fù)重復(fù)達(dá)數(shù)十次。而復(fù)雜的背后是因?yàn)樾酒庸ぞS度是納米級(jí)的，設(shè)備無法精準(zhǔn)地指哪兒打哪兒，那么只能靠反復(fù)重復(fù)，一點(diǎn)點(diǎn)地完成芯片加工。所以說芯片制造搭的是個(gè)“納米積木”。而后面的晶體管連線也又一次體現(xiàn)了芯片加工的復(fù)雜性。

?

在剛剛形成的晶體管上生長出硅氧化膜，然后通過光刻和刻蝕形成通孔，然后濺鍍上氮化鈦保護(hù)膜，然后繼續(xù)生長出鎢膜，最后打磨掉多余的鎢膜，形成鎢塞，這樣晶體管的管腳就引出了。隨后濺鍍上鋁膜，并通過光刻和刻蝕得到想要的第一層布線圖形，到這里第一層布線就完成了。

也許有看官說，感覺連線也不是很復(fù)雜啊，但是一般一顆芯片需要數(shù)十層布線層，這就不是一件輕松的差事了。

完成芯片裸片的制作后，經(jīng)過減薄、劃片、引線等后道封裝以及測試，芯片就呈現(xiàn)出我們一般看到的樣子了，算是大功告成。

看到這兒各位看官應(yīng)該對(duì)芯片制造有了初步的了解。至于這個(gè)“積木”是否難搭也有了自己的答案了。當(dāng)然上面的步驟僅僅是簡單的介紹，其背后還有很多的原理和需要解決的問題點(diǎn)，更關(guān)鍵的是現(xiàn)在主流的7nm/5nm工藝采用的是鰭式3D結(jié)構(gòu)，加工難度和復(fù)雜度進(jìn)一步提升，各位看官可以去自行搜索一下，感受一下為了獲得更高芯片性能，工程師們所做的努力與掙扎！可以說，5G終端中的每一塊小小的芯片中都凝聚了工程師們的畢生所學(xué)，閃耀著點(diǎn)石成金的神奇光芒。

關(guān)于我們

《半導(dǎo)體芯科技》中國版（SiSC）是全球知名權(quán)威雜志Silicon Semiconductor的“姐妹”雜志，由香港雅時(shí)國際商訊出版，報(bào)道最新半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新聞、深度分析和權(quán)威評(píng)論。為中國半導(dǎo)體行業(yè)提供全方位的商業(yè)、技術(shù)和產(chǎn)品信息?！栋雽?dǎo)體芯科技》內(nèi)容覆蓋半導(dǎo)體制造、先進(jìn)封裝、晶片生產(chǎn)、集成電路、MEMS、平板顯示器等。雜志服務(wù)于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，從IC設(shè)計(jì)、制造、封裝到應(yīng)用等方面。

封面圖片來源：超級(jí)無線店

免責(zé)聲明：該文章系轉(zhuǎn)載，登載該文章目的為更廣泛的傳遞市場信息，文章內(nèi)容僅供參考。

如有內(nèi)容圖片侵權(quán)或者其他問題，請(qǐng)聯(lián)系半導(dǎo)體芯科技進(jìn)行刪除。
?

　　審核編輯：鄢孟繁