【芯辰大海】晶圆是如何制造出来的?

文摘   2024-12-10 23:59   江苏  
     晶圆的生产是一个复杂而精细的过程,涉及多个步骤和高度专业化的设备。每一步都需要精确的控制和严格的质量管理,以确保最终生产的芯片具有高性能和高质量。
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一、硅的提炼与硅锭制作
1.沙子提取:硅是地壳内第二丰富的元素,主要以二氧化硅(SiO2)的形式存在于沙子中,尤其是脱氧后的石英沙子。
2.硅的净化与熔炼:通过多步净化过程,从沙子中提取出可用于半导体制造的电子级硅(EGS),其纯度极高,平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。随后,将净化后的硅熔炼成大晶体,最终得到硅锭(Ingot)。

二、晶圆切割与抛光
1.硅锭切割:将硅锭横向切割成圆形的单个硅片,即晶圆(Wafer)。
2.晶圆抛光:切割出的晶圆表面会有瑕疵和粗糙度,因此需要进行抛光处理,使其表面变得几乎完美无瑕,光滑如镜。这一步骤对于后续的电路制作至关重要。
三、晶圆加工与电路制作
1.光刻:在晶圆表面涂覆光刻胶,然后使用光刻机将预先设计好的电路图案转移到光刻胶上。这一步骤是晶圆生产中最关键的步骤之一,它决定了芯片上电路的布局和精度。
2.蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,而剩下的光刻胶则保护着不应该被蚀刻的部分。这样,就形成了与掩模上图案一致的电路图案。
3.离子注入:在真空系统中,用经过加速的离子照射晶圆,从而在被注入的区域形成特殊的注入层,并改变这些区域的硅的导电性。这一步骤用于制作晶体管的源极和漏极等结构。
4.电镀与抛光:在晶圆上电镀一层金属(如铜),以形成与其他晶体管互连的电路。电镀完成后,将多余的金属抛光掉,使晶圆表面恢复平滑。

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四、晶圆测试与切割
1.晶圆测试:对晶圆进行功能性测试,使用参考电路图案和每一块芯片进行对比,以确保芯片的性能和质量。
2.晶圆切片:将测试合格的晶圆切割成小块,每一块就是一个芯片的内核(Die)。这一步骤通常使用激光切割或机械切割技术。
3.丢弃瑕疵内核:在测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃,只留下完好的内核用于后续的封装和测试。
随着科技的不断发展,晶圆制造面临着越来越多的挑战和机遇。一方面,芯片尺寸不断缩小,集成度不断提高,对晶圆制造的精度和稳定性提出了更高的要求;另一方面,新材料、新工艺的不断涌现也为晶圆制造带来了新的发展机遇。
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