第2章 集成電路制造工藝及

2.1 集成電路制造技術

2.1.1 芯片制造

一片硅片上可以同時制作幾十甚至上萬個特定的芯片（見圖2.1），一片硅片上芯片數的不同取決于產品的類型和每個芯片的尺寸，芯片尺寸的改變取決于在一個芯片集成的水平。

芯片也稱為管芯（單數和復數芯片或集成電路），而硅晶圓片通常被稱為襯底。硅片的直徑多年來一直在增大，從最初的不到1in到現在常用的12in（約300mm），且正在進行向14in或15in的轉變。如果在一片硅片上有更多的芯片，制造集成電路的成本會大幅度降低，這得益于經濟規模（通過同樣的努力，生產更多的芯片）。

早期，芯片制造的所有操作幾乎都是通過操作者手工處理完成的。但是隨著硅片集成度的提高，允許沾污的水平要顯著降低。可能損壞硅片和引起它們不能正常工作的沾污來自許多方面：人體、材料、水、空氣及設備。現代硅片制造廠已經變成具有專門設施的工廠，提供了凈化制造環境和專用設備以生產具有最小沾污的硅片。這包括限制人體裸露、超純化學材料和容器，以及在甚大規模集成電路時代制造集成電路需要的專用硅片傳送工具。

芯片的制造一般分為5個階段：原料制作、硅片制造、硅片的測試/揀選、裝配與封裝、終測。

（1）原料制作

硅片制備在第1階段，將硅從沙中提煉并純化。經過特殊工藝產生適當直徑的硅錠（見圖2.2）。然后將硅錠切割成用于制造微芯片的薄硅片。按照專用的參數規范制備硅片，例如定位邊要求和沾污水平[1]。

從20世紀80年代以來，制造微芯片的大部分公司從專門從事晶體生長和硅片制備的供應商那里購買他們的硅片。工業也生產鍺或化合物半導體材料的晶圓片。這些是特殊應用，而大部分半導體晶圓片是由硅材料制成的。

（2）硅片制造

自硅片開始的微芯片制作是第2階段，被稱為硅片制造。裸露的硅片到達硅片制造廠，然后經過各種清洗、成膜、光刻、刻蝕和摻雜步驟。加工完的硅片具有永久刻蝕在硅片上的一整套集成電路。硅片制造的其他名稱是微芯片制造和芯片制造。

制造芯片的公司分為芯片供應商和受控芯片生產商兩類。芯片供應商制造的芯片是為了在公開的市場上銷售，像為客戶生產存儲器芯片的芯片制造商。受控芯片生產商制造芯片是為了用在公司自己的產品上，例如受控芯片制造商既制造計算機又制造與計算機配套的芯片。一些芯片制造商既制造自己用的芯片也在公開市場上銷售，而另一些公司將制造專用的芯片并在公開市場上購買其他芯片。

另一種芯片制造商是無制造工廠公司，這種公司為特殊市場設計芯片，例如圖像微芯片、功率芯片、傳感器等，而另一個芯片制造商則制造這些芯片。最終，另一種半導體制造商，如代工廠，僅為其他公司生產芯片。20世紀80年代以來，半導體代工廠越來越常見，現在全部芯片中的20%是在代工廠制作的。無制造工廠公司和代工廠增加的一個主要原因是建設并維護一個硅片制造廠的高額成本。目前，一個高性能硅片制造廠的費用為20億～50億美元，總費用中的約75%是用于設備。

（3）硅片的測試/揀選

硅片制造完成后，硅片被送到測試/揀選區，在那里進行單個芯片的探測和電學測試。然后揀選出可接受和不可接受的芯片，并為有缺陷的芯片做標記。不會把硅片測試失效的產品送給客戶，而通過硅片測試的芯片將繼續進行以后的工藝。

（4）裝配與封裝

硅片測試/揀選后，硅片進入裝配與封裝步驟，以便把單個芯片包裝在一個保護管殼內。硅片的背面進行研磨以減少襯底的厚度。一片厚的塑料膜被貼在每個硅片的背面，然后，在正面沿著劃片線用帶金剛石尖的鋸刃將每個硅片上的芯片分開。硅片背面的塑料膜保持硅芯片不脫落。在裝配廠，好的芯片被壓焊或抽空形成裝配包。稍后，將芯片密封在塑料或陶瓷殼內。最終的實際封裝形式隨芯片類型及其應用場合而定（見圖2.3）。

（5）終測

為了確保芯片的功能，要對每一個被封裝的集成電路進行測試，以滿足制造商的電學和環境的特性參數要求。終測后，芯片被發送給客戶以便裝配到專用場合，例如將存儲器元件安裝在個人計算機的電路板上。