半导体设备工艺

       一.工艺流程

　　半导体分三种大流程，1-5为单晶硅片制造流程，6-15为IC制造流程，16开始为IC封装测试流程

　　二.工艺细分

　　1.拉硅棒

　　原理：在石英做的大锅里面放入多晶硅，加热至1400度融化多晶硅，然后放入籽晶让后上拉，上拉过程中融化的硅粘连在籽晶上，并逐渐凝固一圈一圈的，最后拉上来就是一个硅棒(单晶硅大棒子)，之后打磨打定位边后就可以切片了

　　2.硅棒研磨

　　晶棒磨床设备-对硅棒进行滚磨

　　首先上料-上料后使用接触式测距仪先进行转一圈测试加持的同心度，不行就修正直到加持同心度OK，然后旋转使用砂磨，然后进行V槽或者参考面加工，用来切片时定位，加工后吹干，然后进行直径参考面等参数检测，OK后下料

　　3.切片

　　使用钢丝线上+金刚石颗粒制作的线对硅棒进行切片，并对切片进行打磨/抛光/倒角等工序就完成了

　　4.研磨-CMP研磨设备

　　对硅片表面进行处理 --研磨后还有一步晶圆检测，就是使用视觉对晶圆片进行检测看OK不

　　5.清洗抛光

　　6.氧化

　　使用氧化炉

　　原理：为了避免单晶硅表面污染，要给他加一层保护膜，硅氧化后-->二氧化硅，二氧化硅是绝缘体，在芯片制造过程中可以充当绝缘层，避免漏电，

　　正常的氧化速度太慢，所以使用氧化炉，加热空气到1200度左右再通入水蒸气提高氧化速度

　　7.涂胶

　　在6以后的二氧化硅保护膜表面再涂一层光刻胶，准备进行光刻

　　原理：将硅片放到旋转台上并快速旋转，然后在硅片中心滴入光刻胶，利用快速旋转的离心来将光刻胶均匀的分部在硅片表面(光刻胶需要非常均匀，不然影响曝光)

　　8.光刻-芯片制造步骤里面技术含量最高的一步

　　光刻机刻的并不是硅片，而是上面那层光刻胶

　　原理：使用光来将光掩模上的图像在光刻胶上成像，从而在晶片上形成一定的电路图像

　　9.显影

　　上一步后光刻胶见光部分变成可溶解状态，这里就需要使用显影机将溶解部分清洗掉，处理后之前光刻的电路图就在光刻胶这一层上可见了

　　10.刻蚀

　　原理：将光刻胶上已经显影的东西刻到芯片里，这里与显影类似，显影是在光刻胶那一层挖坑，这里就是按照之前挖的坑来对硅片挖坑了，其实就是将那层二氧化硅上挖坑将硅片露出来，比如湿法刻蚀，就是将硅片放到药水里面进行溶解，这种有很大问题，因为药水各个方向都会刻蚀，刻蚀出来不标准，再比如干法刻蚀，在反应室上方，有一个圆盘状电极，产生射频电场，反应室下方接上负极，然后通入反应气体，反应气体在射频作用下，被电离成等离子体(带负电的电子和带正电的离子组成)，高速正电粒子会聚集到负极，冲击晶圆上光刻胶裸露的部分，从而在氧化层刻蚀，刻蚀后就可以在硅晶体中掺杂别的元素来制造晶体管

　　11.去胶

　　经过上一步，已经处理OK了，光刻胶那一层就没用了，所以就要将剩余的光刻胶去掉，此步简单，基本就是化学溶解或者离子冲击

　　12.离子注入(掺杂)

　　现在的晶圆片就是这样的，硅片层，二氧化硅保护层以及在保护层上挖出来的坑道，这一步就是要将其他离子按照需要通过这些坑道扩散到硅片上，但是随着芯片nm等级越来越高，扩散就不稳定了，因为扩散后的离子容易连到一起(扩散只适用于30nm以上那种精度不高的芯片)，所以现在使用高能粒子束直接将其他离子射入到硅片中(需要真空环境)

　　13.退火

　　因为离子注入可能破坏一些晶格结构，用退火来修复，将晶圆加热到一定温度并保持一段时间，然后以恒定的速度冷却，以达到修复晶格缺陷

　　14.薄膜沉积-气相沉积设备

　　薄膜沉积与之前挖坑不同的是，需要在硅片上添加一些层，比如金属膜，好接下来刻出导线电路

　　15.金属化

　　其实就是一层一层的铺膜+刻蚀+金属化  形成一层一层不同的电路结构，之所以要多层反复铺膜+刻蚀+金属化就是要立体以实现芯片缩小的目的，就是平房和高楼的区别

　　16.晶圆减薄

　　将晶圆背面磨薄一点

　　17.切片

　　一个晶圆上面有很多芯片，这里就需要切割，一般使用激光划片，视觉定位-激光画线切割

　　18.晶圆贴片

　　将单个芯片取出，放到封装底座上并用粘合剂等固定就是贴片的过程

　　19.引线键合

　　就是封装底座上面的针∠与芯片上的接口通过引线连接起来，这里因为芯片小所以需要精度比较高(20um，2个丝)，而且节拍很快

　　20.芯片封装

　　就是在芯片的封装底座上再加一层防护，这里封装后将芯片与中间焊点层结合就需要SMT贴片机，主要目的就是将焊点对齐避免短路等，精度要求很高

　　21.芯片测试

　　①.电性能测试：验证芯片工作时的电压电流特性，评估芯片的稳定性

　　②.功耗测试：评估芯片在不同工作条件下的能耗情况，通常使用功耗测量仪对芯片进行测试

　　③.温度测试：评估芯片在工作中的温度变化情况

　　④.容忍度测试：评估芯片在不同外界环境下的容忍程度，如电磁干扰等

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