[IC]Lithograph(0)半导体制造的基本过程

1. 晶圆片 Wafer

晶圆（Wafer）是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆是生产集成电路所用的载体，一般意义晶圆多指单晶硅圆片。

半导体行业从图1到图2，是一个所谓为的“点石成金”的行业：

    

这就是现实版的炼金术师，当然最完美的炼金成品的背后是最优美的炼金配方。半导体制造也是如此，我们先从半导体的基底材料的制作谈起。基底制造又以以硅晶圆片为例，它的制造经过了一下几个过程： 二氧化硅 ——> 粗硅 ——> 多晶硅 ——> 单晶硅 ——> 硅晶圆片。

1. 二氧化硅 ——> 粗硅
   • 工业上将碳将普通硅砂还原成粗硅。 C + SiO₂ ——> Si + CO₂, 但粗硅中一般还含有铁、铝、碳、磷、硼、铜等。
2. 粗硅 ——> 多晶硅
   • 粗硅需要进一步提纯，一般用氯化氢（HCl）等到纯度更高的多晶硅。
3. 多晶硅 ——> 单晶硅
   • 单晶硅是将对晶硅经单晶炉拉制而成的。将需提纯的多晶硅和根据需要掺杂的杂质剂放入坩埚中熔化，然后慢慢拉制成单晶硅棒。
   • 单晶(single crystal)是指其内部微粒有规律地排列在一个空间格子内的晶体；多晶硅(polysilicon,Polycrystalline silicon),由很多小的硅晶体醉成的材料，它不同于用于电子和太阳能电池的单晶硅，也不同于用于薄膜设备和太阳能电池的非晶硅。
   • 单晶根据晶体生长法制作分为 1. 借由柴可夫斯基法(Czochralski)，将复晶晶体提炼成对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。 2. 浮区法(Floating zone)，可将低纯度硅晶体提炼成对称的、有规律的、成几何型的单晶晶格结构。
   • 柴可夫斯基法:石英(quartz)制作的大坩埚(crucible)盛满多晶硅，再把这个装置放置到一个真空腔(vacuum chamber)中，密闭好之后再注入惰性气体一般为氩(argon)。如图3所示：
   •  　　             　　            
     • 图3.单晶体炼制炉结构示意图               图4. 柴可夫斯基法单晶体制作流程

   • 柴可夫斯基法: 之后，整个过程为 多晶硅熔融melting of polysilicon ——> 引入母晶并开始晶体生成Introduction of the seed crystal and Beginning of the crystal growth ——> 拉伸晶体crystal pulling ——> 由熔融的多晶硅拉制出单晶硅棒Formed crystal with a residue of melted silicon 如图4所示。

4. 单晶硅 ——> 硅晶圆片
   • 首先，将拉制好的单晶硅棒头部和尾部切掉，再用机械对其进行修整，形成直径合适并有一定长度的“单晶硅棒”。
   • 把“单晶硅棒”切成一片一片薄薄的圆片，这些圆片再经过一系列工艺处理后，一片片完美的硅晶圆片就制造出来了。

2. 集成电路设计

　　　　　　　　

　　　　　　图5. 集成电路设计流程图　　　　　　　   图6. 集成电路物理链路设计流程图

3. 半导体器件制造

wiki上关于半导体制造的步骤列表如下：

• 芯片处理
  • 湿洗
  • 平版照相术
  • 光刻
  • 离子移植
  • 蚀刻（干法刻蚀Dry etching 、湿法刻蚀Dry etching、等离子蚀刻 Plasma etching）
  • 热处理
    • 快速热退火
    • 熔炉退火 Furnace anneals
    • 热氧化
  • 化学气相沉积 (CVD) Chemical vapor deposition
  • 物理气相沉积 (PVD)
  • 分子束外延 (MBE)
  • 电化学沉积 (ECD)，见电镀
  • 化学机械平坦化 (CMP)
  • 芯片测试（检验电气特性）
  • 晶背研磨（减小芯片的厚度，使得到的芯片能被嵌入较薄的器件中，像是智能卡或PCMCIA卡。）
• 晶粒制备 Die preparation
  • 芯片组装
  • Die cutting
• 集成电路封装 IC packaging
  • Die attachment
  • IC Bonding
    • Wire bonding
    • Flip chip
    • Tab bonding
  • IC encapsulation
    • Baking
    • Plating
    • Lasermarking
    • Trim and form

4. 光刻

半导体制造是一个综合精密的过程，这里只简要介绍一下光刻的基本过程，如图7所示：

　　　　　　　　　　图7.光刻的基本流程图