芯片制造全工艺流程解析

　　芯片一般是指集成电路的载体，也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果，通常是一个可以立即使用的独立的整体。如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏，那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。对于主板而言，芯片组几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。
　　那么要想造个芯片，首先，你得画出来一个长这样的玩意儿给Foundry （外包的晶圆制造公司）▼
　　
　　再放大▼
　　
　　我们终于看到一个门电路啦！ 这是一个NAND Gate（与非门），大概是这样▼
　　
　　A， B 是输入， Y是输出
　　其中蓝色的是金属1层，绿色是金属2层，紫色是金属3层，粉色是金属4层。那晶体管（“晶体管”自199X年以后已经主要是 MOSFET， 即场效应管了 ） 呢？仔细看图，看到里面那些白色的点吗？那是衬底，还有一些绿色的边框？那些是Active Layer （也即掺杂层）。
　　Foundry是怎么做的呢？ 大体上分为以下几步：
　　首先搞到一块圆圆的硅晶圆， （就是一大块晶体硅， 打磨的很光滑， 一般是圆的）
　　图片按照生产步骤排列。 但是步骤总结单独写出。
　　1、湿洗（用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质）
　　2、光刻（用紫外线透过蒙版照射硅晶圆， 被照到的地方就会容易被洗掉， 没被照到的地方就保持原样。 于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案。 注意， 此时还没有加入杂质， 依然是一个硅晶圆。 ）
　　3、 离子注入（在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质， 不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管。）
　　4.1、干蚀刻（之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的，而是为了离子注入而蚀刻的。现在就要用等离子体把他们洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构，这一步进行蚀刻）。
　　4.2、湿蚀刻（进一步洗掉，但是用的是试剂， 所以叫湿蚀刻）—— 以上步骤完成后， 场效应管就已经被做出来啦，但是以上步骤一般都不止做一次， 很可能需要反反复复的做，以达到要求。
　　5、等离子冲洗（用较弱的等离子束轰击整个芯片）
　　6、热处理，其中又分为：
　　6.1 快速热退火 （就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上， 然后慢慢地冷却下来， 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化）
　　6.2 退火
　　6.3 热氧化 （制造出二氧化硅， 也即场效应管的栅极（gate） ）
　　7、化学气相淀积（CVD），进一步精细处理表面的各种物质
　　8、物理气相淀积 （PVD），类似，而且可以给敏感部件加coating
　　9、分子束外延 （MBE） 如果需要长单晶的话就需要。
　　10、电镀处理
　　11、化学/机械表面处理
　　12、晶圆测试
　　13、晶圆打磨就可以出厂封装了。

　　再通过图示来一步步看▼
　　
　　1、上面是氧化层， 下面是衬底（硅）——湿洗
　　
　　2、一般来说， 先对整个衬底注入少量（10^10 ~ 10^13 / cm^3） 的P型物质（最外层少一个电子），作为衬底——离子注入
　　
　　3、先加入Photo-resist， 保护住不想被蚀刻的地方——光刻
　　4、上掩膜！ （就是那个标注Cr的地方。中间空的表示没有遮盖，黑的表示遮住了。） —— 光刻
　　
　　5、紫外线照上去，下面被照得那一块就被反应了——光刻
　　
　　6、撤去掩膜——光刻
　　
　　7、把暴露出来的氧化层洗掉， 露出硅层（就可以注入离子了）——光刻
　　
　　8、把保护层撤去。 这样就得到了一个准备注入的硅片。 这一步会反复在硅片上进行（几十次甚至上百次）——光刻
　　
　　9、然后光刻完毕后， 往里面狠狠地插入一块少量（10^14 ~ 10^16 /cm^3） 注入的N型物质就做成了一个N-well （N-井）——离子注入
　　
　　10、用干蚀刻把需要P-well的地方也蚀刻出来，也可以再次使用光刻刻出来——干蚀刻
　　11、上图将P-型半导体上部再次氧化出一层薄薄的二氧化硅—— 热处理
　　12、用分子束外延处理长出的一层多晶硅，该层可导电——分子束外延
　　13、进一步的蚀刻，做出精细的结构。（在退火以及部分CVD）—— 重复3-8光刻 + 湿蚀刻
　　14、再次狠狠地插入大量（10^18 ~ 10^20 / cm^3） 注入的P/N型物质，此时注意MOSFET已经基本成型——离子注入
　　
　　15、用气相积淀 形成的氮化物层 —— 化学气相积淀
　　
　　16、将氮化物蚀刻出沟道——光刻 + 湿蚀刻
　　
　　17、物理气相积淀长出 金属层——物理气相积淀
　　
　　18、将多余金属层蚀刻。光刻 + 湿蚀刻重复 17-18 次长出每个金属层。
　　附图的步骤在每幅图的下面标注，一共18步。
　　最终成型大概长这样：
　　
　　其中，步骤1-15 属于 前端处理 （FEOL），也即如何做出场效应管。步骤16-18 （加上许许多多的重复） 属于后端处理 （BEOL），后端处理主要是用来布线。最开始那个大芯片里面能看到的基本都是布线！一般一个高度集中的芯片上几乎看不见底层的硅片，都会被布线遮挡住。

　　SOI （Silicon-on-Insulator） 技术：
　　传统CMOS技术的缺陷在于：衬底的厚度会影响片上的寄生电容，间接导致芯片的性能下降。 SOI技术主要是将 源极/漏极 和 硅片衬底分开，以达到（部分）消除寄生电容的目的。
　　传统：
　　
　　SOI：
　　
　　制作方法主要有以下几种（主要在于制作硅-二氧化硅-硅的结构，之后的步骤跟传统工艺基本一致。）
　　1. 高温氧化退火：
　　
　　在硅表面离子注入一层氧离子层
　　
　　等氧离子渗入硅层， 形成富氧层
　　
　　高温退火
　　
　　成型
　　或者是
　　2. Wafer Bonding（用两块！ ）不是要做夹心饼干一样的结构吗？ 爷不差钱！ 来两块！
　　
　　
　　对硅2进行表面氧化
　　
　　对硅2进行氢离子注入对硅2进行氢离子注入
　　
　　翻面
　　
　　将氢离子层处理成气泡层将氢离子层处理成气泡层
　　
　　切割掉多余部分切割掉多余部分
　　
　　成型 + 再利用
　　
　　光刻
　　
　　离子注入离子注入
　　
　　微观图长这样：
　　
　　再次光刻+蚀刻
　　
　　撤去保护， 中间那个就是Fin撤去保护， 中间那个就是Fin
　　
　　门部位的多晶硅/高K介质生长门部位的多晶硅/高K介质生长
　　
　　门部位的氧化层生长门部位的氧化层生长
　　
　　长成这样
　　
　　源极 漏极制作（光刻+ 离子注入）
　　
　　初层金属/多晶硅贴片
　　
　　蚀刻+成型
　　
　　物理气相积淀长出表面金属层（因为是三维结构， 所有连线要在上部连出）
　　
　　机械打磨（对！ 不打磨会导致金属层厚度不一致）
　　
　　成型！ 成型！
　　

图文并茂！点赞！