芯片制造的十大关键工艺步骤

虽然芯片是一门点沙成金的生意，但是芯片制造技术站在了高精尖的顶端。制造芯片需要在晶圆片上不断累加图案，这些图案纵向连接，可达100多层。

芯片的制造包含数百个步骤，从设计到量产可能需要四个月的时间。在晶圆厂的无尘室里，珍贵的晶圆片通过机械设备不断传送，整个过程中，空气质量和温度都受到严格控制。浓缩成精华，光刻机领导者阿斯麦ASML顺势提出了芯片制造的10大关键工艺步骤。

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芯片是如何制作出来的？

芯片制造的10大关键工艺步骤

沉积

制造芯片的第一步，通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。材料可以是导体、绝缘体或半导体。

光刻胶涂覆

进行光刻前，首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”或“光阻”，然后将晶圆放入光刻机。

曝光

在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。晶圆放入光刻机后，光束会通过掩模版投射到晶圆上。光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻胶涂层上。在光束的照射下，光刻胶发生化学反应，光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。

计算光刻

光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变，因此需要事先对掩模版上的图案进行调整，确保最终光刻图案的准确。ASML将现有光刻数据及圆晶测试数据整合，制作算法模型，精确调整图案。

烘烤与显影

晶圆离开光刻机后，要进行烘烤及显影，使光刻的图案永久固定。洗去多余光刻胶，部分涂层留出空白部分。

刻蚀

显影完成后，使用气体等材料去除多余的空白部分，形成3D电路图案。

计量和检验

芯片生产过程中，始终对晶圆进行计量和检验，确保没有误差。检测结果反馈至光刻系统，进一步优化、调整设备。

离子注入

在去除剩余的光刻胶之前，可以用正离子或负离子轰击晶圆，对部分图案的半导体特性进行调整。

视需要重复制程步驟

从薄膜沉积到去除光刻胶，整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。而要在晶圆片上形成集成电路，完成芯片制作，这一流程需要不断重复，可多达100次。

封装芯片

最后一步，切割晶圆，获得单个芯片，封装在保护壳中。这样，成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了！

迷你摩天大楼

前文所提到的关键步骤之一“Repeat as needed视需要重复制程步骤”，当前芯片的结构可多达100层，需要以纳米级的精度相互叠加，这精度又称为“套刻精度”。芯片上光刻的各层图案大小不一，这意味着，光刻各层图案需要用到不同设备。ASML的DUV深紫外线光刻机有数种不同的机种，适合最小图案的关键性光刻需求以及普通图案的正常光刻。

多干净才干净？

要知道，无论灰尘或异物如何微小，一旦落到晶圆上，都会损坏芯片。何况现代芯片有些需要经历几十甚至上百层的制程，如何保证芯片生产的良率，晶圆厂的清洁度至关重要。

无尘室到底有多洁净？

比我们日常生活的空间要干净10,000倍左右！大多数芯片制造商的 “ISO 1级”无尘室都能做到几乎“零粉尘”，具体来说，在每立方米空气中，100到200纳米的颗粒不超过10个，且没有大于200纳米的颗粒。相比之下，一家干净的现代医院里，每立方米空气中含有粉尘颗粒约10,000个，这差距可不是一点点。

无尘室内的空气不断过滤、循环。员工需要穿着特殊的工作服（又称“兔子服”），维持零粉尘的工作环境。

各类芯片制造模式

IDMs是指同时设计并制造芯片，代表企业包括英特尔和三星。Foundries则是根据合同为其他公司制造芯片，代表企业包括台积电、格芯和联电。而Fabless自身不设晶圆厂，如高通、英伟达和超微半导体。他们专注芯片设计，不涉及生产设施建设和维护，从而避免高昂的成本。这些公司可能将芯片生产外包给代工厂。