1.2.2 晶圆的制造工艺

晶圆制造的主要工作是在硅片上制作电路与电子组件，是半导体全制程中所需技术最复杂且资金投入最多的制程，以微处理器（Microprocessor）为例，其所需的工艺步骤可达数百道，其加工所需的机械设备先进且昂贵，动辄数千万元，甚至十多亿元一台，且其所需的制造环境的温度、湿度与含尘量（Particle）均须严格控制并达到洁净要求。虽然详细的加工处理程序与产品种类和所使用的技术有关，但是基本处理步骤通常都是硅片先经过适当的清洗（Cleaning）之后，接着进行氧化（Oxidation）及沉积（Deposition），最后进行显影（Developing）、蚀刻（Etching）及掺杂（Doping）等反复的工艺步骤，完成硅片上电路的加工与制作形成晶圆（Wafer）。具体流程（见图1-10）如下：

图1-10 晶圆制造工序流程示意图

（1）表面清洗（Surface Cleaning）：晶圆表面附着一些Al2O3和甘油混合液保护层，在制作前必须进行表面清洗。

（2）初次氧化（First Oxidation）：通过热氧化法生成SiO2缓冲层，用来减小后续制程中Si3N4对晶圆的应力。

（3）热处理（Thermal Treatment）：在涂覆光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂（Adhesion Enhancer）或将基片放在惰性气体中进行热处理。这样处理可增加光刻胶与基片间的黏附能力，防止显影时因光刻胶图形的脱落而在湿法蚀刻时产生侧蚀（Side Etching）。

（4）上光刻胶（Coating Photoresist）：光刻胶的涂覆是由甩胶机来进行的。将具有一定黏度的光刻胶滴在基片的表面，然后以设定的转速和时间甩胶。由于离心力的作用，光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，获得一定厚度和均匀度的光刻胶膜。其中，光刻胶的膜厚可以通过光刻胶的黏度和甩胶的转速来控制。

（5）光刻（Photolithography）：将设计好的晶圆电路掩膜，放置于光刻的紫外线下，下面再放置晶圆片。在光照的瞬间，晶圆片上被光刻部分的光刻胶熔化，晶圆片被刻上了电路图，然后通过显影去除光刻胶，光刻胶上的图案与掩膜上的图案一致。随着极紫外光光刻新技术出现，晶圆的光刻变得更精确，也更有效率。

（6）掺杂：在真空的环境下，在光刻后的晶圆电路里注入导电材料。通过多次光刻和离子注入，能够实现多层电路的制造。

（7）晶体管形成（Forming a Transistor）：在晶圆上先真空镀铜后再电镀铜，将铜沉积到晶体管上，表面形成一个薄薄的铜层。

（8）晶体管互连（Transistor Connection）：将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面，在不同晶体管之间形成复合互连金属层。芯片表面看起来异常平滑，但事实上可能包含几十层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络。

经过上述工艺制程，主要的芯片制造流程结束，下一步将进入芯片封装阶段。