晶圆制造全过程,变废为宝

钰见智能2018-06-20 10:52:05

2016年至今,全球晶圆的紧缺,导致了内存条、固态硬盘SSD价格高涨。一时之间,让大多数人知道了“晶圆”这个词语。

简单的说晶圆是指拥有集成电路的硅晶片,因为其形状是圆的,故称为晶圆。晶圆在电子数码领域的运用是非常广泛的。内存条、SSD,CPU、qq全自动抢红包软件、手机内存、手机指纹芯片等等,可以说几乎对于所有的电子数码产品,晶圆都是不可缺少的。所以近年来全球晶圆的紧缺不仅仅是只导致了内存条和SSD的涨价,甚至整个电子数码产品领域都受到了非常严重的波及。可见晶圆的重要性。

如此紧要的晶圆,我们大多数却对它必将陌生。我们先来说说晶圆的主要原料。晶圆是沙子做的。可能一些网友会喷我,网友甲“你才是傻子做的呢”。上帝用泥巴造人,可能是骗人的。人类用沙子建起了金字塔,是真实的(科学家称,金子塔可能是人类首次使用混凝土技术所筑造的)。人类用沙子造晶圆,是我夸张的,但是也是可以有的。晶圆需要什么,需要硅。地球上第二丰富的元素是硅,而沙子、石头里都含有硅(满地都是硅,那为什么晶圆还缺呢!)。当然这仅仅能说沙子可以造晶圆,造CPU,芯片。如果真用沙子来做晶圆,提炼会是麻烦死人的。硅矿石的硅含量相对较高。所以晶圆一般的是以硅矿石为原料的。

网友乙“MD沙子都能做的晶圆,产品卖那么贵啊?”;网友丙“如此看来,占领撒哈拉沙漠,是非常必要的,怪不得非洲、中东老打仗。原来沙子跟黄金似的。”话糙理不糙,世界上产黄金和钻石、石油出产最多的就是在沙漠里(好像黄金和钻石产量世界的第一的都是南非)。上天是公平的,上天如此厚予沙漠,所以就得惩罚沙漠里的众生。(得了,打住,再扯就要编个神话故事了。我们今天是讲科技。)

那么一文不值,普普通通的沙子和硅矿石是怎样被做成了昂贵的晶圆的呢?这就是科技的力量。我们今天就要带大家看看,晶圆的制造全过程。

1.脱氧提纯

沙子/石英经过脱氧提纯以后的得到含硅量25%的Si02二氧化硅。氧化硅经由电弧炉提炼,盐酸氯化,并蒸馏后,得到纯度高达99%以上的晶体硅。晶体硅的纯度要求非常高,这也是造出晶圆昂贵的原因。大家知道钻石是个什么玩意儿吗?钻石就是碳元素经过脱氧以及其他因素形成的元素排列独特且纯度高达99.64%以上的晶体。大家想想,晶圆比人造钻石便宜多了,感觉还是很划算的。

2.制造晶棒

晶体硅经过高温成型,采用旋转拉伸的方法做成圆形的晶棒。

3.晶片分片

将晶棒横向切成厚度基本一致的晶圆片,Wafer。

4.Wafer抛光

进行晶圆外观的打磨抛光。

5.Wafer镀膜

通过高温,或者其他方式,使晶圆上产生一层Si02二氧化硅。Si02二氧化硅为绝缘材料,但有杂质和特殊处理的Si02二氧化硅有一定的导电性。这里Si02二氧化硅的作用是为了光的传导。就像用Si02二氧化硅做光导纤维一个道理。这是为了后面光刻。

6.上光刻胶

光刻胶和以前照相的胶片一个道理。Wafer上光刻胶,要求薄而平整。

7.光刻(极紫光刻EVO)

将设计好的晶圆电路掩模,放置于光刻的紫外线下,下面再放置Wafer。在光刻的瞬间,在Wafer被光刻的部分的光刻胶融化,被刻上了电路图。去除光刻胶,光刻胶上的图案要与掩模上的图案一致。再次光刻。一个晶圆的电路要经过多次光刻。随着极紫光刻新技术出现,晶圆的光刻变得更精确,也更有效率了,甚至可以一次完成全部光刻了。

8.离子注射。

在真空的环境下经过离子注射,将光刻的晶圆电路里注入导电材料。一般在一次光刻后就离子注射。二次光刻后,再离子注射。但一次全部光刻,就可以直接进行离子注射了。

9.电镀

基本上晶圆完成了,接下来要在晶圆上电镀一层硫酸铜。铜离子会从正极走向负极。

10.抛光

打磨抛光Wafer表面,整个Wafer就已经制造成功了。

11.晶圆切片

将Wafer切成,单个晶圆Die。

12.测试

主要分三类:功能测试、性能测试、抗老化测试。具体有如:接触测试、功耗测试、输入漏电测试、输出电平测试、动态参数测试、 模拟信号参数测试等等。有坏的晶圆就报废,此为黑片;有一些测试没过,但不影响使用的分为白片,可以流出;而全部通过测试的为正片。

13.包装入盒

先给Wafer覆膜,再将其插入黑盒子中。

14.发往封测

Die(裸片)经过封测,就成了我们电子数码产品上的芯片。

晶圆的制造在半导体领域,科技含量相当的高,技术工艺要求非常高。而我们国半导体事业起步较晚,在晶圆的制造上还处于建设发展阶段。现在我国主要做的是晶圆的封测。我国的晶圆封测规模和市场都是全球首屈一指的,约占全球约1/4。虽然近年我国大力支持半导体行业,支持晶圆制造,也取得了一些成绩。但是任重道远。目前晶圆制造,核心技术,依然牢牢的把握在外国晶圆厂家的手里。我国对外国晶圆的依赖性还非常之大。甚至普通消费者对外国电子产品的依赖性也相当大,认为外国的月亮比中国的圆。这也是全球晶圆紧缺,中国电子数码市场首当其冲,强烈起伏的原因;也是外国在电子数码领域对我们予取予求的原因。

所以加油吧中国半导体,加油吧中国芯,加油吧国产电子数码。也希望国人对国产多一点信心和支持。这个世界就是弱肉强食的,不自立不自强,就只有被别人欺凌,就只能自己喝汤看别人吃肉了(而且还是吃的你的肉)。

原文链接:http://www.sohu.com/a/155451813_493865




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