芯片的制作技术与工艺

李红　赵宇昕

摘要：硅材料产业是信息技术产生与发展的一项基础性产业。硅材料本身并不神奇，源于沙子，但它是通过一定的高精尖技术手段加工成的芯片在当前信息技術领域产生了不可估量的重大作用。本文即简要介绍芯片的制作技术与工艺。

关键词：芯片；晶圆；硅

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0134-02

Abstract： silicon material industry is a basic industry in the development of information technology. Silicon material itself is not magic， source in the sand， but it is through a sophisticated technical means of processing chip in the field of information technology has a immeasurable role. In this paper， the production technology and technology of the chip are briefly introduced.

Key words： chip； wafer； silicon

点石成金，点沙成芯，说的是从现实生活中的原材料演绎高价值物品的神话。现在电子产口充斥着世界的每一个角落，每一个网民都可以在网络上纵横驰骋，那为什么电子产品如此智能？各部件间又是如何建立起来的传导神经与控制驱动系统的呢？这要归功于芯片，当然芯片已经成为妇孺皆知的具有神奇功能的产品。

如果谈及芯片的原材料，大家轻而易举地会想到是硅。那这些硅又从何而来呢？是来源于不起眼的漫天遍野存在的沙子。如何从沙子到高纯硅，这需要一个复杂而有序的提纯过程。但是，不是随意掘取到的沙子，就可以做来原始材料的，而需要挑选，从中选取最纯净的硅原料才可以。

点沙成芯，但不完成是硅，还需要掺融一些金属元素，其实也是利用本征半导体的特性，掺入微量杂质离子后，让其导电能力可以增加几十万甚至几百万倍，二极管三极管就是利用这种特性制成的。以前制造芯片，用铜较多，现在已经被淘汰，铝已经成为制作芯片的金属元素参与者。下面来讲解一下制造芯片的工艺过程。

1 先要进行提纯从而制作出晶圆

首先要从沙子中提纯二氧化硅，再进一步提纯，把晶圆提纯为纯度达99.99%以上的硅晶体，如图1所示：

2 制作切片

经过提纯、拉晶等复杂的操作工序后已经成为上图所示的高纯度的晶圆棒。平时我们见的芯片，多为薄薄的黑色的片状结构，这就需要对晶圆棒进行切割，切割后的晶圆片光滑无瑕。切割前后效果如图2所示。

3 为晶圆片烧写电路

通过第二步，生成的晶圆片，就是芯片的母基，一枚枚芯片就在这基础上生成的，也就是逻辑电路要烧写在它们上面。这个逻辑电路的生成过程与照相工序类似，都是将影像显示在底片上，对半导体器件而言，就是一个缩微的电路图。下面详解操作步骤：

1）进行光罩

将“光罩”放在芯片母基表面，工程师会操作光刻机，对一于不同规格需求的芯片，照射的紫外线的波长不同。根据需要，利用规定波长的紫外线照射芯片母基。在“光罩”过程中，有铬膜的地方，光线会被阻挡，没有铬膜的地方，会照射到芯片母基上，形成了逻辑电路的雏形，这个过程相当于照相过程的“显影”。

2）芯片蚀刻

芯片母基经过“显影”后，下一步就是进行蚀刻，主要任务是将母基上不需要的地方去掉，形成可以容纳导线的凹槽。当时，多数厂家采用电子束垂直轰击的方式进行。

3）连接线路

通过蚀刻后，在母基上已经形成了可以走线的凹槽，实际的逻辑电路图样已经固化到母基上，下一步通过离子植入和金属溅镀，可以构建出可互相导电的电路，由此也就完成了芯片的关键步骤制作步骤。

4 封装

芯片线路嵌入好后，被称作裸片，这样到顾客手里是不安全的。那么就需要对芯片加上一层保护外衣，一是保护芯片的线路案例，二是建立信号引脚，使得用户在使用时知道如何与主板进行通信。

芯片的封装，有两点需要解释：一是从引脚封装与触点封装，二是从桌面芯片面积到移动型芯片面积封装。

1）从引脚封装到触点封装

首先要为芯片找一个带有触点或引脚的外壳，然后将芯片的信号接触点用导线连接到封装外壳的引脚或触点上，外壳上的这些引脚或触点再通过PCB板上的导线与其他元器件建立线路连接，从而实现了芯上引脚与外部电路的连接。

2）从桌面芯片面积到移动型芯片面积

封装面积与芯片面积的比值，是封装芯片中重点考虑的一个因素。大多数情况下，为了考虑对芯片整体性能影响最小，比值往往设置为1：1，这样引脚尽量短，信号传输时时间延迟小，保证干扰小，性能优。封装好的芯片，如图3所示。

在实际操作过程中，芯片生产厂家会根据不同的需求选用不同的封装方法。但是在封装尺寸上，一般情况下，桌面芯片因为经常要拆换，总是比移动型芯片要大一些，芯片表面也会加装了具有保护的金属层，要严加保护。移动芯片尺寸一般要小些，很少加装金属外壳，多数位于电子产品内部，如笔记本内部，手机内部，非专业维修人员，很少人去触碰，保护级别会低一些。

5 测试

芯片最终的一步，就是封装后的芯片测试。在最初测试中，那些检测不合格的芯片将被丢弃，芯片测试过程在这里不再详解了。

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