上一期，小棗君介紹了晶圓的制備流程（鏈接）。

今天，我們繼續往(wang)下講，說說芯片（晶粒）的制(zhi)作流程。

這個環節，是(shi)芯片制造過程中最難的部分(fen)。我盡量講得(de)通俗易懂一些(xie)，也希望大家(jia)能耐心看完。

█ 氧化

首(shou)先，在切割和拋(pao)光后的晶圓上，我們要先做(zuo)一層(ceng)氧化(hua)。

氧化的(de)(de)目的(de)(de)，是在脆弱(ruo)的(de)(de)晶(jing)圓(yuan)表面，形成(cheng)一層保護(hu)膜（氧化層）。氧化層可以防止晶(jing)圓(yuan)受(shou)到化學雜(za)質、漏電流和刻蝕等影響(xiang)。

氧(yang)化(hua)的工藝，包括熱氧(yang)化(hua)法、等(deng)離子體增強化(hua)學氣相沉積法（PECVD）、電(dian)化(hua)學陽(yang)極氧(yang)化(hua)等(deng)。

其中，最常用的是熱氧化法，即在 800~1200°C 的高溫下，形(xing)成一層薄而均勻的二氧化硅層。

根據氧化時(shi)所(suo)使(shi)用的(de)氣體，氧化也分為干法(fa)氧化和濕法(fa)氧化。

干法氧(yang)(yang)化(hua)，通過輸(shu)入純氧(yang)(yang)，使其在晶圓(yuan)表面流動，從硅進行(xing)反應，形成二氧(yang)(yang)化(hua)硅層。濕(shi)法氧(yang)(yang)化(hua)，是同時使用氧(yang)(yang)氣(qi)和高溶解度(du)的(de)水蒸氣(qi)。

干法氧(yang)化(hua)的速度慢，但(dan)形成的氧(yang)化(hua)層很(hen)薄(bo)，而且致密。濕法氧(yang)化(hua)的速度快，但(dan)保(bao)護(hu)層相對較厚，且密度較低。

目前，干(gan)法氧化是(shi)半導(dao)體制造中(zhong)的(de)主(zhu)流技術(shu)。濕(shi)法氧化更多用(yong)于(yu)非關鍵層或特(te)定厚膜需求場景(jing)。

█ 光刻（涂膠、前烘、曝光、后烘、顯影）

接下來，終于到了最最最重要的環節 —— 光刻。

我(wo)們這幾(ji)年一(yi)直耿耿于懷(huai)被“卡(ka)脖子(zi)”的光刻機，就和這個環節(jie)有關(guan)。

所謂“光刻(ke)”，其(qi)實簡單來說，就(jiu)是像印刷機一樣，把芯(xin)片電路圖給(gei)“刻(ke)”在晶圓上。

光刻可以分(fen)為涂膠、曝光、顯影三(san)個主(zhu)要步(bu)驟。我們逐一來(lai)看。

首先，是涂膠。

這個膠(jiao)，叫(jiao)做光刻膠(jiao)，有時候也叫(jiao)光阻，是一種光敏材料。

光刻(ke)膠(jiao)(jiao)有兩種(zhong)類型：正膠(jiao)(jiao)和負膠(jiao)(jiao)。

正(zheng)膠，被特(te)定(ding)的光束照射(she)（曝光）之(zhi)(zhi)后，分(fen)子結構會(hui)發生變(bian)化(hua)，變(bian)得容易溶解。負膠，恰好(hao)相(xiang)反，被照射(she)之(zhi)(zhi)后，會(hui)變(bian)得難以溶解。大(da)部分(fen)情況，用正(zheng)膠。

涂膠時(shi)，先讓晶(jing)圓(yuan)在 1000~5000RPM 的(de)速度下(xia)旋轉(zhuan)。然后，將光(guang)刻膠少量倒在晶(jing)圓(yuan)的(de)中心。光(guang)刻膠會因為離心力的(de)作(zuo)用(yong)，逐漸擴散(san)到整個晶(jing)圓(yuan)的(de)表面(mian)，形成一(yi)層(ceng) 1 到 200 微米厚的(de)均勻(yun)涂層(ceng)。

值(zhi)得一提的(de)是(shi)(shi)，光(guang)(guang)刻膠也是(shi)(shi)一個技術含量很高(gao)的(de)材料(liao)。國內使用(yong)的(de)大部分光(guang)(guang)刻膠都來自日本。

涂膠完成后，會對晶圓進行軟烤加熱，讓光刻膠稍微固化一些。這個步驟叫“前烘”。

接著，該光刻機登場了，要進行曝光。

將晶圓放入光刻機，同(tong)時，也將掩模放入光刻機。

掩(yan)模，全名叫(jiao)光(guang)刻(ke)掩(yan)膜版(ban)，也叫(jiao)光(guang)阻，英文名 mask。它是光(guang)刻(ke)工藝的(de)(de)核心，也是芯片設計階(jie)段的(de)(de)重(zhong)要輸(shu)出物。（后續，小棗君會專門介紹芯片設計階(jie)段。）

掩模是一塊(kuai)帶(dai)有不透明(ming)材料（如鉻(ge)）圖案(an)層(ceng)的(de)玻璃(li)或(huo)石英板。上(shang)面的(de)圖案(an)，其(qi)實就是芯片的(de)藍圖，也就是集成電路(lu)版圖。

在光(guang)(guang)(guang)刻機中，晶(jing)圓(yuan)和掩(yan)模(mo)都被(bei)精準固(gu)定。然(ran)后，光(guang)(guang)(guang)刻機的(de)(de)特殊光(guang)(guang)(guang)源（汞(gong)蒸(zheng)氣(qi)燈或準分子激光(guang)(guang)(guang)器）會發出(chu)光(guang)(guang)(guang)束（紫外線），光(guang)(guang)(guang)束會通過(guo)掩(yan)模(mo)版(ban)的(de)(de)鏤空部分，以及多層透(tou)鏡（將(jiang)光(guang)(guang)(guang)進(jin)行匯聚），最終(zhong)投射到晶(jing)圓(yuan)的(de)(de)一小(xiao)塊面積上(shang)。

精(jing)細的電路圖案(an)，就這樣“投影(ying)”在晶圓上。

以正性光(guang)刻(ke)膠(jiao)為例，被照射(she)位置(zhi)的光(guang)刻(ke)膠(jiao)，會(hui)變(bian)得容易(yi)溶解。未被照射(she)的光(guang)刻(ke)膠(jiao)，則(ze)毫發(fa)無損(sun)。

固(gu)定(ding)晶圓(yuan)和(he)掩模的機械位不停地移動，光(guang)束不停地照射(she)。最終，在整個(ge)晶圓(yuan)上(shang)，完成數(shu)十(shi)個(ge)至數(shu)百個(ge)芯片(pian)的電路(lu)“繪制”。

硅片從光刻機出來后，還要經歷一次加熱烘焙的過程（120~180℃ 的環境下，烘焙 20 分鐘），簡稱后烘。

后烘的(de)目的(de)，是讓光(guang)刻膠中的(de)光(guang)化學反應(ying)充分完成(cheng)，彌補曝(pu)光(guang)強度不足(zu)的(de)問(wen)題(ti)。同(tong)時(shi)，后烘還能減少光(guang)刻膠顯影后，因為駐(zhu)波效應(ying)產生(sheng)的(de)一(yi)圈圈紋路。

接下來，是顯影。

曝光之后(hou)，將晶圓浸泡在顯(xian)(xian)影溶液中。顯(xian)(xian)影溶液會去除被(bei)照射過的(de)光刻(ke)膠（正膠），露出圖案。

然(ran)后，對晶(jing)圓(yuan)進(jin)行沖洗并干燥，就能夠留下一個精確的電路(lu)圖案了。

█ 關于光刻機

這里插一段，專門說說這個(ge)光(guang)刻機。

傳統的光(guang)(guang)刻技術，通常使用深紫外光(guang)(guang)（DUV）作為光(guang)(guang)源(yuan)，波長(chang)大約在 193nm（納米）。光(guang)(guang)波的波長(chang)，限(xian)制了光(guang)(guang)刻工(gong)藝中(zhong)最(zui)小可制造(zao)的特(te)征尺(chi)寸（即分辨(bian)率極限(xian)）。隨著芯片制程的不斷演進，傳統的 DUV 光(guang)(guang)刻技術，逐漸無法滿足要(yao)求。

于是，就有了 EUV 光刻機。

EUV 光刻機使用(yong)極(ji)紫外(wai)光（Extreme Ultra-Violet，EUV）作為(wei)光源，波長僅為(wei) 13.5nm，遠遠小于 DUV。這使得(de) EUV 光刻能夠創建更(geng)小的(de)(de)特(te)征(zheng)尺(chi)寸，滿(man)足先進芯片制(zhi)程（如 7nm、5nm、3nm）的(de)(de)制(zhi)造需求。

EUV 光刻對光束的集(ji)中度(du)要(yao)求(qiu)極為(wei)(wei)嚴格，工藝精度(du)要(yao)求(qiu)也(ye)非常變態。例如，EUV 光刻機(ji)用于反射的鏡子長度(du)為(wei)(wei) 30cm（厘米），表(biao)面起伏(fu)不得超過 0.3nm（納米）。相(xiang)當于修(xiu)一條從北京(jing)到(dao)上海的鐵軌，要(yao)求(qiu)鐵軌的起伏(fu)不能超過 1mm。

極(ji)高的(de)(de)技術指標要(yao)求，使得(de) EUV 光(guang)刻(ke)機的(de)(de)制(zhi)造(zao)變(bian)得(de)非(fei)常非(fei)常困難。全(quan)球范圍(wei)內能夠研發和制(zhi)造(zao) EUV 光(guang)刻(ke)機的(de)(de)企(qi)業(ye)屈指可數(shu)。而居于領先地(di)位的(de)(de)，就是大名(ming)鼎鼎的(de)(de)荷蘭 ASML（阿斯麥(mai)）公司。

根(gen)據 ASML 透露的(de)信息，每(mei)一(yi)臺 EUV 光刻(ke)機(ji)，擁有 10 萬(wan)(wan)個零(ling)件、4 萬(wan)(wan)個螺(luo)栓、3 千條(tiao)電線、2 公里長軟管(guan)。EUV 光刻(ke)機(ji)里面的(de)絕(jue)大多數零(ling)件，都是來自(zi)各(ge)個國(guo)家(jia)的(de)最(zui)先進(jin)產(chan)品，例如美國(guo)的(de)光柵、德國(guo)的(de)鏡頭、瑞典的(de)軸(zhou)承、法國(guo)的(de)閥件等。

單(dan)臺(tai) EUV 光刻機的造(zao)價高達 1 億(yi)美元，重量(liang)則(ze)為 180 噸。每次運輸，要動用 40 個貨柜、20 輛卡(ka)車(che)，每次運輸需要 3 架次貨機才能運完。每次安裝調試(shi)，也需要至少(shao)一年的時間。

ASML 的(de) EUV 光刻機產量，一年最高也只有 30 部，而且(qie)還不肯賣給我(wo)們。整個芯(xin)片產業里面，“卡脖子”最嚴重的(de)，就是(shi)這個 EUV 光刻機。

█ 刻蝕

好了，繼(ji)續(xu)聊芯片制造流程(cheng)。

現在，圖案雖然是(shi)(shi)顯現出(chu)來了，但我(wo)們只(zhi)是(shi)(shi)去(qu)掉(diao)了一部分的光(guang)刻(ke)膠。我(wo)們真正要去(qu)掉(diao)的，是(shi)(shi)下面的氧化層(ceng)（未被光(guang)刻(ke)膠保護的那部分）。

也就是說(shuo)，我(wo)們還(huan)要繼續往下“挖(wa)洞(dong)”。

這(zhe)時要(yao)采用(yong)的工藝，就是(shi)刻蝕。

刻蝕工藝分為(wei)濕法(fa)刻蝕和(he)干法(fa)刻蝕兩種。

濕法刻(ke)蝕，是將晶圓片浸入到含有特定化學(xue)劑的液體溶液中，利用(yong)化學(xue)反應來溶解掉未被光刻(ke)膠保護的半導體結構(gou)（氧化膜）。

干法刻蝕，是(shi)使(shi)用(yong)等(deng)離子體(ti)或(huo)者離子束等(deng)來對晶圓片(pian)進行轟擊，將未被保護的半(ban)導(dao)體(ti)結構去除(chu)。

刻蝕工藝中，有兩個概(gai)念需要(yao)關注。一是各向同性（各向異性），二是選擇比。

如上(shang)圖所示，濕法刻蝕(shi)的時候(hou)，會朝(chao)各個方(fang)向進行刻蝕(shi)，這就叫“各向同性(xing)”。而干法刻蝕(shi)，只朝(chao)垂直方(fang)向進行刻蝕(shi)，叫“各向異性(xing)”。顯然后者更(geng)好。

刻(ke)(ke)蝕的時候，既刻(ke)(ke)蝕了氧化層(ceng)，也刻(ke)(ke)蝕了光(guang)刻(ke)(ke)膠。在同一刻(ke)(ke)蝕條(tiao)件下，光(guang)刻(ke)(ke)膠的刻(ke)(ke)蝕速率與被刻(ke)(ke)蝕材料（氧化層(ceng)）的刻(ke)(ke)蝕速率之比，就(jiu)是選擇比。顯然，我們(men)需要盡可(ke)能少刻(ke)(ke)蝕光(guang)刻(ke)(ke)膠，多(duo)刻(ke)(ke)蝕氧化層(ceng)。

目前(qian)，干法(fa)刻蝕占據(ju)了主導地位，是(shi)業(ye)界的(de)優先選(xuan)擇。

因為干(gan)法刻蝕具(ju)有(you)更強的(de)(de)保真性(xing)。而濕(shi)法刻蝕的(de)(de)方向難以(yi)控制。在類(lei)似 3nm 這樣的(de)(de)先進制程中，容易導致(zhi)線寬減小，甚至(zhi)損(sun)壞(huai)電路，進而降低(di)芯片品(pin)質。

█ 摻雜（離子注入）

好啦，“挖(wa)洞”的工藝(yi)，介紹完了。

此時的(de)晶圓表面(mian)，已經被刻出了各(ge)式各(ge)樣的(de)溝槽和圖形。

接下來，我們再來看看摻雜(za)工藝。

之前介紹芯片(pian)(pian)基(ji)礎知識（）的(de)(de)時候，小棗君提過，晶(jing)體管(guan)(guan)是(shi)芯片(pian)(pian)的(de)(de)基(ji)本(ben)組(zu)成單元。而每(mei)一個晶(jing)體管(guan)(guan)，都(dou)是(shi)基(ji)于(yu) PN 結。如下圖（MOSFET 晶(jing)體管(guan)(guan)，NPN）所示，包括了 P 阱(jing)、N 阱(jing)、溝道、柵(zha)極，等(deng)等(deng)。

前面的光(guang)刻和刻蝕，我們只是挖了洞(dong)(dong)。接下(xia)來，我們要基于這些洞(dong)(dong)，構造出(chu) P 阱(jing)、N 阱(jing)。

純(chun)硅本(ben)身是不(bu)導(dao)(dao)電的，我們(men)需要讓不(bu)導(dao)(dao)電的純(chun)硅成為(wei)半導(dao)(dao)體(ti)，就(jiu)必然需要向硅內摻(chan)入一些(xie)雜(za)質（稱為(wei)摻(chan)雜(za)劑），改變(bian)它的電學特性(xing)。

例如(ru)，向硅材料內(nei)摻入磷、銻和砷，就(jiu)可(ke)以得到 N 阱。摻入硼(peng)、鋁、鎵和銦，就(jiu)可(ke)以得到 P 阱。

N 是有自由電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)。P 有很多空(kong)穴，也有少量的(de)(de)自由電(dian)(dian)子(zi)。通(tong)過在通(tong)道(dao)上加一個柵極，加一個電(dian)(dian)壓，可以(yi)吸引(yin) P 里(li)面(mian)的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)，形成一個電(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)通(tong)道(dao)（溝道(dao)）。在兩個 N 加電(dian)(dian)壓，NPN 之間就形成了電(dian)(dian)流。

如下圖所示：

圖中，底(di)下就是(shi)(shi) P 阱襯底(di)。兩個洞是(shi)(shi) N 阱。

也(ye)就是說，做這個(ge) NPN 晶體管時，在最開始氧化之(zhi)前，就已經采用(yong)了離(li)子(zi)注(zhu)入，先把襯(chen)底(di)做了硼元素（含少量磷元素）摻雜，變成了 P 阱襯(chen)底(di)。（為了方便閱讀，這個(ge)步驟我前面沒(mei)講。）

現在，挖洞(dong)的部分，就可以做(zuo)磷元素摻雜，變(bian)成(cheng) N 阱。

大家看懂了沒？摻雜的目的，就是創(chuang)造 PN 結(jie)，創(chuang)造晶體管。

摻雜，包括熱擴散（Diffusion）和離子注入（Implant）兩(liang)種工(gong)藝。因(yin)(yin)為(wei)熱擴散工(gong)藝因(yin)(yin)其難以實現選(xuan)擇性擴散，所以，除特定需求之(zhi)外，目前(qian)大部分都是使(shi)用離子注入工(gong)藝。

離子(zi)注入，就是(shi)用高能粒子(zi)束(shu)，將雜質直接射入到(dao)硅片中。

離(li)(li)子(zi)源(yuan)基本上都是注入氣(qi)(qi)體（因(yin)為方便操(cao)作），例(li)如(ru)磷烷（PH3）或者(zhe)三(san)氟化(hua)硼（BF3）。氣(qi)(qi)體通過離(li)(li)化(hua)反應室時，被高速電子(zi)撞擊，氣(qi)(qi)體分子(zi)的(de)電子(zi)被撞飛，變成離(li)(li)子(zi)狀(zhuang)態。

此時的(de)離(li)子(zi)(zi)成(cheng)分比(bi)較復雜，包括硼(peng)離(li)子(zi)(zi)、氟(fu)離(li)子(zi)(zi)等(deng)。就要通(tong)過質(zhi)譜分析儀，構(gou)建磁場，讓離(li)子(zi)(zi)發生(sheng)偏(pian)(pian)轉，把需要的(de)離(li)子(zi)(zi)挑出(chu)來（不(bu)(bu)同的(de)離(li)子(zi)(zi)，偏(pian)(pian)轉角度(du)不(bu)(bu)一(yi)樣(yang)），然后撞(zhuang)到(dao)晶圓上，完成(cheng)離(li)子(zi)(zi)注入(ru)。

此時，二氧化硅層（氧化層）就變成了離(li)子注入的(de)阻擋(dang)層。

離子注入之后，需(xu)要將(jiang)硅表面加熱到 900℃，進行退火。

退火，可(ke)以讓(rang)注入的(de)摻雜離(li)子進一步均勻擴(kuo)散到(dao)硅片中。同時(shi)，也可(ke)以修復離(li)子注入對晶圓造成的(de)損傷（離(li)子注入時(shi)，會(hui)破壞硅襯底的(de)晶格）。

█ 薄膜沉積

前面說(shuo)了那么(me)多(duo)，我(wo)們都是在“挖洞”。接(jie)下來，我(wo)們要開始“蓋樓(lou)”。

我們先(xian)看一個成品芯片的架構圖（局部示(shi)例）：

大家會發現，這是一(yi)個非(fei)常復(fu)雜(za)的立體(ti)結構(gou)。它有很(hen)多很(hen)多的層級，有點像大樓，也有點像復(fu)雜(za)的立體(ti)交通網。

在這個架構的最底(di)下(xia)，就(jiu)是(shi)我們前面辛苦打造的硅(gui)襯底(di)，也就(jiu)是(shi)基(ji)底(di)。

作(zuo)為芯片大廈的低級，襯底必須有很好的熱穩定性(xing)和機械(xie)性(xing)能，還需要起到一(yi)定的電(dian)學(xue)隔(ge)離作(zuo)用(yong)，防干擾(rao)。

襯底(di)上，是大量(liang)的晶(jing)體管主體部(bu)分(fen)。在襯底(di)的上層，是大量(liang)的核(he)心(xin)元件，例如(ru)晶(jing)體管的源極(ji)(ji)、漏極(ji)(ji)和溝道等關鍵(jian)部(bu)分(fen)。

晶體管的(de)柵極，主要采用(yong)的(de)是(shi)“多(duo)晶硅層”。因為多(duo)晶硅材料具有更好的(de)導電性(xing)(xing)和穩定性(xing)(xing)，適(shi)合控制晶體管的(de)開關態。晶體管的(de)源極、漏極、柵極的(de)連接金屬(shu)，通(tong)常是(shi)鎢。

再往上，我們就需要構建大量的(de)道路（電(dian)路），把這些(xie)晶體管連接起來，組(zu)成(cheng)復(fu)雜的(de)功能電(dian)路。

做(zuo)這個(ge)連接電路，當然(ran)是金屬(shu)比(bi)較合適。所以(yi)，主要用的是銅(tong)等金屬(shu)材料。我們姑(gu)且將這層(ceng)，叫做(zuo)金屬(shu)互連層(ceng)。

全都(dou)是金屬(shu)，當然容易短路。所以，也需(xu)要一些(xie)絕緣層（膜(mo)），把電路隔(ge)離開。

在芯片(pian)的最上面，一(yi)般(ban)還要加一(yi)個鈍化(hua)層。鈍化(hua)層主要發揮保護作(zuo)用，防止外界(jie)（如水(shui)汽、雜質等）的污染、氧化(hua)和(he)機械(xie)損傷(shang)。

那(nei)么，這么多層，到(dao)底是如何(he)搭建起來的呢？

答案就是薄膜沉積。

這(zhe)一層(ceng)又一層(ceng)的(de)架構，其(qi)實就(jiu)是(shi)一層(ceng)又一層(ceng)的(de)薄膜(mo)(mo)（厚度在次微(wei)米到納(na)米級之間(jian)）。有(you)的(de)是(shi)薄金屬(shu)（導電）膜(mo)(mo)，有(you)的(de)是(shi)介電（絕緣）膜(mo)(mo)。創造這(zhe)些膜(mo)(mo)的(de)工藝，就(jiu)是(shi)沉積。

沉(chen)(chen)積包括化學(xue)氣(qi)相沉(chen)(chen)積（CVD）、物理氣(qi)相沉(chen)(chen)積（PVD）和原子層沉(chen)(chen)積（ALD）。

化(hua)學(xue)氣相(xiang)沉積 (CVD) 是(shi)通過化(hua)學(xue)反應，生成固態物質，沉積到晶圓上，形成薄膜。它常用來沉積二氧化(hua)硅(gui)、氮化(hua)硅(gui)等絕緣薄膜（層）。

化學氣相(xiang)沉積 (CVD) 的(de)種類非常多。等離子(zi)(zi)體(ti)增強(qiang)化學氣相(xiang)沉積（PECVD，前面說氧(yang)化的(de)時(shi)候，也提到(dao)它），是借(jie)助(zhu)等離子(zi)(zi)體(ti)產生反(fan)應氣體(ti)的(de)一種先(xian)進化學氣相(xiang)沉積方法。

這種方法降低了反應溫度，因(yin)此非常適合對溫度敏感的結構。使用等離子體還可(ke)以(yi)減少沉積次數，往往可(ke)以(yi)帶(dai)來更高質量的薄膜。

物理(li)(li)氣(qi)相沉(chen)積 (PVD) 是一種物理(li)(li)過程(cheng)。

在真空環境中，氬離子被加速撞擊靶材，導致靶材原(yuan)子被濺射(she)出(chu)來，并以雪片狀沉(chen)(chen)積在晶圓表面，形成薄膜(mo)，這就(jiu)是物理氣相沉(chen)(chen)積。它常用來沉(chen)(chen)積金屬(shu)薄膜(mo)（層(ceng)），實現電(dian)氣連接。

通過薄膜沉積技術（如 PVD 濺射、電鍍）形成金屬層（如銅、鋁）的過程，業內也叫做金屬化，或者金屬互連。

金屬(shu)互連包括鋁互聯和銅互連。銅的電阻更(geng)(geng)低(di)，可靠性(xing)更(geng)(geng)高（更(geng)(geng)能抵抗電遷移），所以(yi)現在是主流選(xuan)擇。

原子(zi)層沉積(ji)(ji)（ALD），是一(yi)種可以(yi)(yi)將(jiang)物質以(yi)(yi)單原子(zi)膜形式一(yi)層一(yi)層的(de)鍍在基底表面的(de)方法，和普通(tong)化學沉積(ji)(ji)有一(yi)些相似。

原子(zi)層沉(chen)(chen)積(ji)是(shi)交(jiao)替沉(chen)(chen)積(ji)。它(ta)先做一次化(hua)學沉(chen)(chen)積(ji)，然后用惰性氣(qi)體沖(chong)掉剩余氣(qi)體，再通入第(di)二種(zhong)氣(qi)體，與吸附在(zai)基體表面(mian)的第(di)一種(zhong)氣(qi)體發生化(hua)學反應。生成(cheng)涂層。如此反復，每次反應只沉(chen)(chen)積(ji)一層原子(zi)。

這種方式的(de)(de)優(you)點(dian)是非常(chang)精(jing)確。它可以(yi)通(tong)過控(kong)制(zhi)沉積周(zhou)期的(de)(de)次數，實現薄膜厚(hou)度的(de)(de)精(jing)確控(kong)制(zhi)。

█ 清洗和拋光

在進(jin)行(xing)(xing)光刻(ke)、刻(ke)蝕、沉積等(deng)工藝的過程(cheng)中，需要反反復復地(di)進(jin)行(xing)(xing)清洗和(he)拋光。

清洗，采用(yong)的(de)是高(gao)純(chun)度化學溶液，目的(de)是移(yi)除其表面殘留的(de)雜質和污染物，確保后(hou)續工藝的(de)純(chun)凈度。

拋光，是消除晶(jing)圓表面的起伏(fu)和(he)缺(que)陷，提(ti)高光刻的精度和(he)金屬互聯的可靠性，從(cong)而實現更高密度更小尺寸的集(ji)成(cheng)電(dian)路設計(ji)和(he)制造(zao)。

上期(qi)介紹晶(jing)圓制(zhi)備(bei)的時(shi)候，我(wo)們提到過 CMP（化(hua)學機械平坦化(hua)），也(ye)就(jiu)是采用化(hua)學腐蝕、機械研(yan)磨相(xiang)結(jie)合的方(fang)式(shi)，對晶(jing)圓表面進(jin)行磨拋，實現(xian)表面平坦化(hua)。

如果(guo)沒(mei)(mei)有(you) CMP 過程，這(zhe)個大廈(sha)就是一個“歪樓”。后續工藝都(dou)沒(mei)(mei)辦法進行(xing)，做出來的芯片也無(wu)法保(bao)證品(pin)質。

█ 反復循環

前面(mian)說了，芯片包括(kuo)幾十甚至(zhi)上百層。

事實(shi)上，每一層的(de)搭建(jian)，其(qi)實(shi)就是光(guang)刻、蝕刻、沉(chen)積、清洗、CMP 的(de)反復循環(huan)。

如下面的 gif 動圖所示：

慢動作分解：

大家都看明白了沒？

經(jing)過 N 次的反復(fu)循環，芯片這棟大樓(lou)，終于“封頂”啦。撒(sa)花！撒(sa)花！

別高興得太早！“封(feng)頂”之(zhi)后(hou)，還有很多“善后(hou)”工藝呢(ni)！

█ 針測（探針測試）

經過(guo)前面的工序之(zhi)后(hou)，晶圓上形(xing)成了一個個的方(fang)形(xing)小格，也(ye)就是晶粒（Die）。

“Die”這個詞，大(da)家第一次看(kan)到可能會(hui)比較驚(jing)訝，這不是“死”的(de)意思嘛。

但實際上，它和“死”沒(mei)關(guan)系。這個(ge)“Die”，源(yuan)自德語“Drahtzug”（拉(la)絲(si)工藝），或與(yu)切割動作“Diced”相關(guan)。也有說法稱，早(zao)期的半(ban)導體工程師，會用“Die”形容(rong)晶圓上切割出(chu)的獨立單元，如同硬(ying)幣模具(ju)。

大廈(sha)封頂，第(di)一件事情(qing)，當然是測(ce)試。

測試(shi)是為(wei)了檢(jian)驗半導體芯片的質量是否達到標(biao)準。那些(xie)測試(shi)不合格的晶粒，不會進入(ru)封(feng)裝步驟，有助于節省成本和時間(jian)。

電子管芯分選（EDS）是一種針對晶圓(yuan)的測試方法(fa)，通常分為(wei)五步，具體如下：

第(di)一步，電氣參數監(jian)控（EPM）。

EPM 會對(dui)芯片的每個器件（包括晶(jing)體管、電容器和二極管）進行測(ce)試，確保其電氣參數(shu)達標(biao)。EPM 提(ti)供的電氣特性數(shu)據測(ce)試結果，將被用于改善工藝效率和產品(pin)性能（并(bing)非檢測(ce)不良產品(pin)）。

第二步，晶圓(yuan)老化測試。

將晶圓置于(yu)一(yi)定的(de)溫度(du)和電壓下(xia)進行(xing)測試，可(ke)以找出那些可(ke)能發生早期缺陷的(de)產品(pin)。

第三(san)步，針測（Chip Probing）。

此時的(de)芯片(pian)，因(yin)為還沒有切割和封裝，其(qi)管(guan)腳（或稱為墊片(pian)）是(shi)直接暴(bao)露(lu)在外的(de)。

所以(yi)，針測，就是利用精密(mi)的探針臺(tai)和探針卡(ka)，連接(jie)芯片管腳(jiao)與(yu)自(zi)動化(hua)測試(shi)設(she)備（ATE）。

ATE 會施加預定(ding)的測(ce)(ce)試(shi)信號，檢(jian)查芯片是(shi)否符合預設的性(xing)能標準，如工作電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流消(xiao)耗、信號時序(xu)以及特定(ding)功(gong)能的正確執行。針測(ce)(ce)還可以進行電(dian)(dian)(dian)性(xing)測(ce)(ce)試(shi)（檢(jian)測(ce)(ce)短路、斷路、漏電(dian)(dian)(dian)等缺陷），以及溫度(du)、速度(du)和運動(dong)測(ce)(ce)試(shi)。

第四步，修補。

沒錯(cuo)，有些不良芯(xin)片是可以(yi)修復的，只需替換掉其中存在問題的元件即可。

第五步，點墨。

未能通過測試的晶(jing)粒，需要加上(shang)標(biao)(biao)記(ji)。過去，我們(men)需要用特殊墨水標(biao)(biao)記(ji)有缺(que)陷的芯片，保證它們(men)用肉(rou)眼(yan)即(ji)可識(shi)別。如今，由系統根據測試數據值，自動進(jin)行分揀。

測試之后，芯片制造的前道工藝，就全部完成啦。能堅持看到這里的，都是真愛啊！

總結(jie)一下(xia)(xia)整(zheng)個過程，如下(xia)(xia)圖所示：

下(xia)一期，我(wo)們(men)就(jiu)要介紹后道工藝。也就(jiu)是如何把芯片給切割(ge)下(xia)來，進行封裝和測試，并(bing)最終發貨(huo)出去。

敬請期待！

參考文(wen)獻：

• 1、《芯片到底是如(ru)何制造出來的(de)？》，新(xin)石(shi)器公園，B站；

• 2、《超級長文解析芯片制造全流程(cheng)》，胡說(shuo)漫漫談，B站；

• 3、《用沙子造(zao)芯(xin)片》，談三圈，B站(zhan)；

• 4、《芯片制(zhi)造工藝流程.圖文詳(xiang)解(jie)》，Semika；

• 5、《芯片制造流程詳解》，半導體(ti)行業觀察；

• 6、《關(guan)于半導體制造過程的步驟、技術和(he)流程的詳(xiang)解》，愛在(zai)七夕時，知(zhi)乎；

• 7、《一文讀懂芯片(pian)生產全過程(cheng)》，芯片(pian)半導體；

• 8、《芯片制造的(de) 10 個關鍵(jian)步驟》，中制智庫；

• 9、《半導體產品制造的(de)八個步驟》，Lam Research；

• 10、《半(ban)導(dao)體(ti)制(zhi)造過程的(de)步驟(zou)、技術、流程圖》，北港(gang)南巷，車規(gui)半(ban)導(dao)體(ti)硬件，知(zhi)乎；

• 11、《一文讀懂芯(xin)片生產流程》，Eleanor 羊毛衫；

• 12、《一顆芯片的誕生》，科技(ji)朋克 Roy；

• 13、《芯片(pian)制造全流程(cheng)》，周佳，芯助手；

• 14、《半(ban)導體制造技術》，夸克、瑟達、韓鄭(zheng)生，電子工業(ye)出版社(she)；

• 15、《圖(tu)解入門(men)：半導體制(zhi)造(zao)》，佐藤(teng)淳一(yi)、王(wang)憶文、王(wang)姝婭，機械(xie)工業(ye)出版社；

• 16、維基百科、youtube、各廠商(shang)官網。

本文來自(zi)微信公眾號：，作(zuo)者(zhe)：小棗君

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