探秘半导体工艺流程：从晶圆加工到光刻技术的全貌
半导体行业是现代科技提高的核心，几乎渗透到了我们生活的方方面面。无论是我们日常使用的智能手机、笔记本电脑，还是现代交通工具和通信体系，都离不开半导体的身影。在了解半导体之前，我们有必要深入进修其制造经过，即半导体工艺流程。这一流程不仅复杂而且极其精细，通常包括晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试和封装等八个关键步骤。这篇文章小编将重点介绍这几许核心环节，带你逐步揭秘半导体制造的奥秘。
一、晶圆加工：从沙子到晶圆的蜕变
所有半导体的工艺流程始于一粒沙子，沙子中的硅是生产晶圆的主要原材料。晶圆通常是通过将硅或砷化镓制成的单晶柱体切割形成的圆形薄片。晶圆加工的第一步是铸锭，制备高纯度的电子级硅（EG-Si）。
1. 铸锭步骤
在铸锭中，将沙子加热以分离出硅和一氧化碳，通过反复的加热经过，获得超高纯度的硅材料。高纯度的硅被熔化成液体后，通过特定的工艺冷却成单晶固体——硅锭。这一经过的精度需要达到纳米级别，常用的制造技巧是提拉法。
2. 锭切割
铸锭完成后，将其两端切掉，接着根据需要将它切割成一定厚度的薄片。这些薄片称为晶圆，其直径决定了最终产品的尺寸和性能。更大更薄的晶圆能分割出更多的可用单元，从而降低生产成本。
3. 晶圆表面抛光
切割好的薄片称为裸片，表面需经过研磨和化学刻蚀去除瑕疵，随后抛光以形成光滑的表面。这一经过至关重要，可以确保后续图形的准确印刷。
二、氧化：保护膜的形成
氧化工艺的目的是在晶圆表面形成一层保护膜，以防止化学杂质的侵入和电路的漏电流。在进行氧化之前，必须彻底清洁晶圆，以去除其表面的杂质和污染物。随后，晶圆会被置于高温环境下，通过氧气或水蒸气影响生成二氧化硅层。
1. 氧化类型
氧化经过可分为干法氧化和湿法氧化，前者氧化速度慢但厚度较薄且致密，而后者生长速度快但保护层厚度较大。氧化经过中还有一个重要的影响是晶圆的结晶结构及其内部掺杂浓度，这些都会影响氧化层的形成速率。
三、光刻：电路图案的印刷
光刻技术是半导体制造中至关重要的一环，它通过光线将细致的电路图案“印刷”到晶圆上。整个光刻经过主要分为涂覆光刻胶、曝光与显影三个步骤。
1. 涂覆光刻胶
在光刻的第一步，需在氧化层表面涂覆光刻胶，这一经过中，“旋涂”技巧被广泛采用。正光刻胶和负光刻胶两种不同类型的光刻胶，分别在不同的光照条件下展现不同的化学行为。
2. 曝光
涂覆完光刻胶后，使用特定的设备进行曝光。高精度的电路图案需要通过一台精密的光刻机进行成像。曝光经过中，印刷的图案越精细，最终芯片容纳的元件就越多。
3. 显影
曝光完成后，通过显影剂去除未曝光部分的光刻胶，即可让电路图案显现。显影后的晶圆需要通过测量设备和光学显微镜检查以确保图形质量。
四、刻蚀与薄膜沉积
在完成光刻之后，接下来的步骤是刻蚀和薄膜沉积。这两个环节同样重要，它们直接关系到电路图案的形成和功能。
刻蚀
刻蚀技术用于去除未被光刻胶保护的区域，可以通过化学反应或物理技巧实现。它能够将晶圆上覆盖的薄膜剥离，从而形成所需的电路图案。
薄膜沉积
薄膜沉积技术则用于在晶圆表面添加功能性材料，常用的沉积技巧包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD），它们为后续的互连步骤提供支持。
五、互连、测试与封装
在完成前述所有步骤后，晶圆将进行互连，以形成完整的电路网络。随后，经过严格的测试，确保每个芯片在性能上都能达到预期的标准。最后，芯片将被封装，以提高其耐用性和保护功能，准备进入市场。
小编归纳一下
半导体的制造流程是一项复杂而精细的工艺，涉及多个步骤，每个环节都有其关键影响。从晶圆加工、氧化到光刻，每一步都对最终产品的性能产生深远影响。随着科技的提高，新的材料与技术不断涌现，为半导体制造的未来提高开辟了新的路线。这一行业依然充满着挑战与机遇，正如半导体的潜力巨大，但也需要不断地进修与创造。
