芯片制造五大關鍵工藝技術

芯片制造是一項極其復雜且精密的過程，其中包含了五大關鍵工藝技術，分別是晶圓制備、氧化工藝、光刻蝕刻、摻雜工藝和薄膜工藝。以下是對這五大關鍵工藝技術的詳細介紹：

一、晶圓制備

晶圓是集成電路的“畫布”，后續的半導體工藝都在這上面展開。晶圓制備主要包括以下步驟：

• 硅提煉及提純：大多數晶圓由從沙子中提取的硅制成。將沙石原料放入電弧熔爐中，還原成冶金級硅，再與氯化氫反應，生成硅烷，經過蒸餾和化學還原工藝，得到高純度的多晶硅。

• 單晶硅生長：將高純度的多晶硅放在石英坩堝中加熱熔化，把一顆籽晶浸入其中，由拉制棒帶著籽晶反方向旋轉并緩慢垂直地從硅熔化物中向上拉出，形成單晶硅晶棒，同時確定晶圓的尺寸。

• 晶圓加工：用金剛石鋸切掉鑄錠的兩端，切割成一定厚度的薄片，在薄片上加入“平坦區”或“凹痕”標記，通過研磨、化學刻蝕、拋光和清洗等工藝去除表面瑕疵和污染物，獲得表面整潔的成品晶圓。

二、氧化工藝

氧化工藝在半導體制造中至關重要。在硅晶圓表面形成的薄薄的二氧化硅（SiO?）層具有多種作用：

• 作為絕緣層，阻止電路之間的漏電。

• 作為保護層，防止后續的離子注入和刻蝕過程對硅晶圓造成損傷。

• 作為掩膜層，定義電路圖案。

氧化工藝的實現方法有多種，最常用的熱氧化法又分為干法和濕法。干法只使用純氧，形成較薄、質量較好的氧化層，但生長速度較慢；濕法使用純氧和水蒸汽，形成較厚、密度較低的氧化層，但生長速度較快。

三、光刻蝕刻

光刻是將掩模板上的圖形轉移到涂有光刻膠的晶圓片上的技術。光刻步驟主要包括：

• 設計電路并制作掩模板：通過通用計算機輔助設計（CAD）軟件完成，在完成電路設計正確性檢查（LVS）和設計規則檢查（DRC）后，將設計圖形轉移到掩模板上。掩模板由透明的超純石英玻璃基片制成，需透光的地方保持透明，需遮光的地方用金屬遮擋。

• 涂光刻膠：使晶圓對光敏感。光刻膠對光敏感，光照射后會產生化學變化，根據光照射與否，光刻膠形成溶解和不可溶解的部分。

• 曝光：將光源發出的光線經過掩模板照射到晶圓片上，掩模板上的圖形轉移到晶圓片上，光刻膠根據掩模板上圖形的不同溶解形成對應圖形。

• 顯影與堅膜：顯影后進行高溫烘培，使剩余的光刻膠變硬并提高粘附力。

經過光刻步驟后，所需要的圖案印在晶圓表面的光刻膠上。但要實現半導體器件的制作，還需要進行刻蝕，把半導體器件按照光刻膠的圖形復刻出來。

四、摻雜工藝

摻雜工藝是向半導體中引入特定雜質，以改變其電學性質。通過摻雜，可以控制半導體的導電類型（如P型或N型）和電導率。常見的摻雜方法包括離子注入和擴散等。

五、薄膜工藝

薄膜沉積是芯片前道制造的核心工藝之一。從芯片截取橫截面來看，芯片是由一層層納米級元件堆疊而成，薄膜沉積是在晶圓表面通過物理/化學方法交替堆疊絕緣介質薄膜（如SiO?、SiN等）和金屬導電膜（如Al、Cu等）。薄膜沉積工藝需要滿足不同薄膜性能要求，新材料出現或器件結構的改變要求不斷研發新的工藝或設備。

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以上就是芯片制造的五大關鍵工藝技術的介紹。這些工藝技術相互配合，共同實現了芯片的制造。