半导体制造全流程

半导体制造是一个极其复杂且精密的过程，主要涉及将硅片加工成功能强大的芯片。以下是半导体制造的全流程概述：

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1. 硅材料制备

1. 硅提纯：
   • 使用冶金级硅，进一步提纯为高纯度硅（电子级硅），纯度可达 99.9999999%。
2. 单晶硅拉制：
   • 通过 Czochralski（CZ）法 或 区熔法，将纯硅制成单晶硅棒。
   • 硅棒的直径、掺杂剂类型（N型或P型）及阻值由工艺需求决定。
3. 硅晶圆切片和抛光：
   • 将单晶硅棒切割成薄片（硅晶圆），通常为300mm或200mm直径。
   • 晶圆经过抛光和清洗，形成平整光滑的表面。

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2. 光刻与图形定义

1. 光刻胶涂布：
   • 在晶圆表面均匀涂布一层光敏材料（光刻胶）。
2. 光刻曝光：
   • 使用光刻机将掩模版（Mask/Reticle）上的电路图形通过紫外光投射到光刻胶上。
   • 不同曝光技术包括：深紫外光（DUV）和极紫外光（EUV）。
3. 显影：
   • 将光刻胶经过显影液处理，去除曝光后或未曝光部分，形成电路图形的模板。
4. 图形校准：
   • 通过精确对准对每层电路进行叠加，确保电路图形对齐。

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3. 蚀刻

1. 干法蚀刻：
   • 使用等离子体刻蚀设备，选择性移除未被光刻胶保护的材料。
   • 精确控制蚀刻深度和侧壁形状。
2. 湿法蚀刻：
   • 用化学溶液溶解特定区域材料，适合较大特征尺寸的蚀刻。

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4. 离子注入与掺杂

1. 离子注入：
   • 通过加速器将掺杂离子（如磷、硼等）植入硅表面，改变材料的导电性。
2. 退火：
   • 使用高温退火工艺激活掺杂剂，使其进入晶格位置，并修复离子注入导致的晶体损伤。

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5. 薄膜沉积

1. 化学气相沉积（CVD）：
   • 利用气态化学反应在晶圆表面形成薄膜（如二氧化硅、氮化硅等）。
2. 物理气相沉积（PVD）：
   • 包括溅射和蒸镀，用于金属膜沉积（如铝、铜等）。
3. 原子层沉积（ALD）：
   • 用于超薄膜沉积，厚度控制在纳米级。

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6. CMP（化学机械抛光）

• 使用化学和机械结合的方法，对晶圆表面进行平坦化处理。
• 确保每一层的图形能够精确叠加。

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7. 互连（布线）

1. 介电材料沉积：
   • 在晶圆上沉积绝缘层，以隔离不同的金属层。
2. 金属布线：
   • 使用铜或铝作为导线，连接不同的晶体管和电路。
   • 通过多层布线技术提升电路复杂度和性能。
3. 过孔（Via）制作：
   • 在不同金属层之间打通电气连接。

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8. 封装与测试

1. 晶圆测试：
   • 使用探针台测试每个芯片的功能和性能，标记不合格芯片。
2. 切割（Dicing）：
   • 将晶圆切割成单个芯片（裸片）。
3. 芯片封装：
   • 将裸片安装在封装基板上，焊接引线或通过倒装芯片技术连接。
4. 最终测试：
   • 测试封装芯片的功能、电性能和可靠性。
5. 出货：
   • 合格芯片进入市场。

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9. 其他关键技术

1. EUV光刻：
   • 使用13.5nm波长的极紫外光实现先进工艺节点（如7nm、5nm）。
2. FinFET（鳍式场效应晶体管）：
   • 3D晶体管架构，提高电流控制能力。
3. 先进封装：
   • 如2.5D封装和3D堆叠技术，提升芯片性能和密度。

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整个半导体制造流程需要极高的精度和洁净度（无尘室环境），并结合光学、材料科学、化学和电子学等多学科技术。