现代芯片制造技术的发展趋势展望

赵世彧

摘要：芯片即是大规模集成电路的一支分流，它对半导体材料的依赖性极强，芯片的制造可以说离不开半导体材料的参与。芯片是制成元器件的基础，大多数的芯片都以硅片作基底来对集成电路进行功能的设计和储备，因为基底的材料直接影响着芯片的功能。针对不同的集成电路元器件，这些元器件之间都彼此存在差异，他们功能不同，就可能有不同的连接线、开关控制器、电阻、电容、等器件。芯片不是最小的的单位，比芯片还小的单位有晶圆，而正是由于晶圆的组合，才能构成多功能高精密的芯片。

关键词：集成电路制造，芯片，电子设备，核心部件

引言

随着新一代电子装备在高频宽带、轻量化、多功能等方面的需求日益迫切，以共烧陶瓷多层基板和微组装工艺为代表的多芯片组件集成技术已接近二维组装的极限，在组装面积、集成度等方面面临巨大挑战，亟需新型封装形式尤其是新型封装基板以满足装备发展的需求。基于器件预埋的新型封装基板可以有效实现高集成封装。通过在板内埋置有源/无源器件降低器件占用的基板面积和体积，通过垂直互连技术缩短互连长度并降低引线互连的寄生效应。

1集成电路芯片

大规模集成电路芯片，它不仅有鲜明的自身特点，由数量众多的晶圆构成外，还有着极小的自身体积。另外，芯片的元器件也是较为特殊的，芯片的元器件不仅密度大，还具备极为耐用的高效性能，在对芯片进行元件替换的过程中，芯片的替换性极强，而且方便快捷。但是芯片也存在一定的不足和缺陷。例如，芯片的使用性能较为单一，可维修度性能不强，在对芯片进行维修的过程中，投入的资本往往超出预算，很多时候比投资新的芯片更耗费资本。为此，选择更优的芯片投资结构。芯片用途广泛，它在结合自身的优势的同时，还将场景多样化因素充分考虑，并通过对电子元件的单独利用，以及与其他元件配合使用，从而使得电子设备的内部结构与芯片充分结合，互补利用。芯片使用广泛，涉及层面宽广，在众多领域中都占据着重要地位，如互联网领域、现代电子设备领域、计算机领域、航空航天领域、国家新型开发领域等。同时，芯片在国民经济和国防科技建设等领域占着不可或缺的地位，是国家开发建设的先锋，当然，也是一个国家发展的基础。

2预埋芯片封装基板结构

预埋芯片混合集成封装基板是在多层共烧陶瓷基板的腔体中埋置芯片，并通过金凸点将芯片焊盘垂直引出，腔体中填充BCB介质并将表面异质抛光平坦化。混合基板架构如图1所示。该封装基板具备诸多优点：1）多层共烧陶瓷基板布线层数多，可集成无源器件和制作腔体;2）芯片被埋置在腔体内部，具有很好的屏蔽环境;3）采用小尺寸的金凸点垂直互连代替引线互连，有效缩短了互连长度，降低了传输损耗;4）腔体填充BCB并平坦化，基板表面积可得到有效利用并适用于后续高精密薄膜布线。

3芯片的制造流程

3.1材料准备

第一环节，材料准备环节：芯片的制造对材料的选择要求较高，硅，硅等化学元素是制造芯片基地的常用原料，也是多年来备受欢迎的原料，经过多年的芯片制造探究发现，利用硅，硅等化学元素进行芯片的制造，不仅能更好地发挥芯片的效能，还可增强芯片的耐用性能和使用寿命，降低芯片的阻力，保障芯片自身的优势，为芯片的使用拓宽领域，其次，硅，硅等化学元素大多来自石材，采集成本较小，且原材料较丰富，石材的加工提纯也便于操作，提纯后的原材料具备高纯度硅，这对芯片的制造取得了及其丰富的多晶体原材料，硅，硅等化学元素之所以被大量用来制造芯片，一部分原因也是因为该些材料具有极强的物理结构，并且化学性质较为稳定，是半导体材料中不可多得的良品。当然，硅，硅等化学元素大多只是作为主要的原材料，很多芯片根据性能的要求還会搭配不同的辅助材料，例如铜、银、镍等材料，从而丰富芯片的广泛用途。

3.2预埋芯片垂直互连

作为预埋芯片封装基板的关键工艺步骤，基板腔体中埋置芯片并填充BCB介质需要采用垂直互连的形式实现信号的引出。根据模拟芯片的厚度和多层共烧陶瓷基板腔体深度的对比，并综合考虑贴装和平坦化的工艺影响，垂直互连金凸点的高度设计为60?80?m。此外，模拟芯片焊盘尺寸为100?m，凸点直径小于焊盘尺寸，一般为80?m。具体采用半自动球焊机在芯片焊盘上进行金丝球焊，制作垂直互连金凸点，首先用电火花将金属丝烧制成球状，在超声热压的作用下焊接到芯片焊盘表面，再扯断金属丝。这种凸点制作方式可应对各种类型的焊盘布局，尤其是在处理单个芯片时灵活性极高。

3.3晶体生长

第二环节，晶体生长环节：硅晶片的设计和安置是该环节的重点，硅晶片上安放电路晶体是保证芯片下面环节正常开展的基础，在晶体处于高光、高温条件下，晶体表面便会不停地进行生长分裂，在此过程结束之前，晶体需要处在一个极为干燥且无污染无腐蚀的环境中，避免晶体反应环节遭受不利影响，从而影响了芯片的制造。直到此环节结束，晶体生长成熟后，才可运用激光手段对晶体进行切割，保证晶体表面的晶圆成型，并且在最终的处理环节得到制造需要的晶圆毛坯。

3.4异质表面平坦化

在预埋芯片多层共烧陶瓷基板腔体填充BCB后，需要进行平坦化工艺。平坦化的目的在于：1）基板平坦化。腔体位置填充的BCB介质层鼓凸，必须经过减薄、抛光处理才能满足后续薄膜工艺的平整度要求。2）电学连接。BCB介质中制作的金凸点顶端被介质覆盖，需要通过减薄、抛光将金凸点顶部露出，以便电路实现电连接。基板表面包含多层共烧陶瓷基板/BCB/Au三种材料，异质材料同时抛光时去除速度不同，在材料分界处很可能出现凸起、裂痕等现象。本研究从多个方面改善优化异质抛光工艺：1）设计方面，考虑到减薄加工量，在多层共烧陶瓷基板的表层增加1?2层生料，作为平坦化工艺的牺牲层。2）工艺方面，采用减薄和抛光两步工序实现异质抛光。选择325目数的金刚石砂轮，调节砂轮转速、减薄量和进给速度等参数。选择COMPOL-80抛光液和suba-400抛光垫，在优化载荷压力和抛光时间等工艺条件下进行表面平坦化工艺研究。使用光学轮廓仪对抛光后的预埋芯片基板表面进行测量分析

4芯片的发展趋势

芯片的内部结构复杂多样，芯片由众多的器件相互结合构成，并且这些器件彼此之间的结合度极高、密集程度也极高。芯片还通过在集成器上安置多个元器件来使得芯片的性能得到更好应用，保障芯片性能的适应性和耐磨性。对于芯片技术范畴的芯片性能设计，芯片尺寸的大小和评估测量，都对芯片的内部构造起到关键指导作用。当然，目前的芯片生产还存在一定的不足和缺陷，但随着芯片生产精密的不断提升，芯片的元器件尺寸不断科学改善，误差的不断减小，现如今的芯片中元器件的各种问题也得到了明显的改善，例如：芯片的损坏、短路、断路、并路等问题。随着芯片布线精密的提高，芯片的内部连线也越来越精准，芯片之间的各元件连接都得到保障，连线误差减小，芯片的单一的电源性对信号的接收能力增强，芯片的单层布线也得到同步提升，因此，芯片更好地此进入了民用市场，芯片的普遍运用，使得芯片产业高速发展。

结束语

当然，计算机领域对芯片的利用也不断加大。在芯片的基础上，随着新材料的投资运用，未来的芯片制造将会得到更多的原材料作为基地进行研究开发，从而日渐满足社会发展对芯片的要求。

参考文献

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