1.4 半導(dǎo)體器件的制作工藝流程

1.4.1 前道工藝和后道工藝

從硅圓片制成一個一個的半導(dǎo)體器件，按大工序可分為前道工藝（Front End Of the Line，F(xiàn)EOL，又稱前端工藝）和后道工藝（Back End Of the Line，BEOL，又稱后端工藝）。圖中表示半導(dǎo)體器件制作從前道工藝到后道工藝的工藝流程。

前道工藝的最終目的是“在硅圓片上制作出IC電路”，其中包括300～400道工序。按其工藝性質(zhì)可分為下述幾大類：形成各種薄膜材料的“成膜工藝”；在薄膜上形成圖案并刻蝕，加工成確定形狀的 “光刻工藝”；在硅中摻雜微量導(dǎo)電性雜質(zhì)的 “雜質(zhì)摻雜工藝”等。

前道工藝與后道工藝的分界線是劃片、裂片。后道工藝包括切分硅圓片成芯片，把合格的芯片固定（mount）在引線框架的中央島上，將芯片上的電極與引線框架上的電極用細(xì)金絲鍵合連接（bonding）。

進(jìn)一步，為起保護(hù)作用，要把芯片封入模壓塑封料中，按印標(biāo)示品名、型號，電鍍引線，切分引線框架成一個一個的IC，把引線加工成各種各樣的形狀。如此做成的芯片要按IC制品規(guī)格分類，檢測可靠性，出廠前最終檢查，作為最初制品到此全部結(jié)束。這便是半導(dǎo)體IC器件的全制程。

芯片的誕生分三個步驟，分別是設(shè)計、制作和封裝，難度依次減弱。現(xiàn)在全球芯片設(shè)計基本集中在美國，制作集中在中國臺灣地區(qū)和韓國，中國大陸大部分承擔(dān)的是封裝工作，也就是把芯片裝到板上銷售。可以說，在芯片的電路設(shè)計這個領(lǐng)域，中國的競爭力遠(yuǎn)不如美國和韓國。

這些年來，我國通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，芯片自給率不斷提升。華為的麒麟芯片不斷追趕世界先進(jìn)水平，龍芯可以和北斗一起飛上太空，而藍(lán)牙音箱、機頂盒等日用品也在大量使用國產(chǎn)芯片。但也要看到，在大容量、多功能，穩(wěn)定性和可靠性要求更高的通信、軍事等領(lǐng)域，國產(chǎn)芯片還有較大差距。

1.4.2 IC芯片制造工藝流程簡介

芯片是怎么被造出來的？為什么制造芯片難度那么大？要了解這些問題，可看下圖所示用于IC制造的全工藝流程。

眾所周知，只要是電子產(chǎn)品，就離不開芯片。芯片通常分為兩種：一種是功能芯片，比如我們常說的中央處理器（CPU），就是帶有計算功能的芯片；另一種就是存儲芯片，比如計算機里的閃存（FLASH），是一種能儲存信息的芯片。

這兩種芯片，本質(zhì)上都要用到載有集成電路的硅圓片。設(shè)計難，制作也不簡單。我們來看具體過程。首先，需要提取純硅，就是把二氧化硅（通俗地講是沙子）還原成工業(yè)硅，經(jīng)提純、拉制成單晶硅棒，把硅棒切片，就得到了硅圓片——這相當(dāng)于芯片的地基。就是這個“簡單的”步驟，我們做得也不夠好，表現(xiàn)為晶圓純度、內(nèi)部缺陷、應(yīng)力、翹曲度等都有差距，從而影響芯片最終的良率。人們都愿意花高價買高質(zhì)量的硅圓片，從而獲得最終芯片的高良率，而不愿意花低價買低質(zhì)量的硅圓片，因為會導(dǎo)致最終芯片的低良率。我國生產(chǎn)的硅圓片打不開國際市場就是憑證。

有了硅圓片后，就要在上面涂上一層膠，名為“光刻膠”。這是一種感光膠狀物，當(dāng)用紫外線加透鏡去照射某一個部位時，膠面會發(fā)生變化，顯影后形成電路圖形，之后利用化學(xué)原理進(jìn)行腐蝕，光照過的部分就會被腐蝕掉，留下凹槽。此時，往凹槽里添加硼、磷等介質(zhì)，就會出現(xiàn)一個半導(dǎo)體或者電容。依此類推，我們再涂一層膠，再照射，再腐蝕，再摻入……不斷重復(fù)，像搭房子一樣搭出一個復(fù)雜的集成電路，也就是芯片的核心部分。

然而，以上說的只是光刻技術(shù)的基本原理，實際操作起來要復(fù)雜得多，還會涉及波長等問題。光刻最主要的器械就是光刻機，這項技術(shù)長期被荷蘭、日本、德國壟斷，一臺機器要花七八億元人民幣，而且他們只優(yōu)先提供給中國臺灣、韓國等地的大客戶。中國大陸也有自己的光刻機，但是與世界先進(jìn)水平相比，差距還很大。