芯片制造技术与半导体制造开始读《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》-研讨会-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

芯片制造技术与半导体制造开始读《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》

发布时间 : 2024-10-05

作者 : 小编

访问数量 : 23

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开始读《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》

0-1 开篇唠叨一下，简单了解下历史。

之前说要在几个主题中选一个持续输出读书笔记，最后决定主题是芯片制程相关的内容。毕竟是现在比较热门的内容，同时也代表着先进制程，可以在这些内容中和以往的知识点进行链接。

前几天定下要做分享的几个主题

讲芯片制程的书，国内外都挺多的。朋友推荐了温德通老师的《集成电路制作工艺与工程应用》。这本书呢，按照贾新章教授的推荐语中所说：

（1）该书针对目前集成电路生产中的先进纳米级工艺，从工艺整合角度，详细介绍集成电路的制造流程和实现方法，同时包括最新的纳米级技术（如FinFET），在解释机理的基础上突出介绍实际应用，填补了目前已出版的同类教材和著作的短缺。阅读本书将大大缩短刚毕业的本科生和研究生从介入到胜任芯片设计、版图设计、工艺流程管控等相关工作的过渡期，对已从事集成电路研制的人员也具有很大的实用参考作用。

（2）该书另一个特色是为了帮助对工艺流程的理解，包括有大量的立体图和剖面图。由于采用彩色印刷，不但美观，而且使得对工艺流程的理解从抽象变得直观明了。

看上去挺棒的，温老师开篇的《写作缘由与编写过程》也非常用心，让我觉得我可以！但是一到正文部分，瞬间就觉得我不可以了……

温德通老师的《集成电路制作工艺与工程应用》对我来说门槛有点高

短短一页里，出现了一大堆不了解的术语，作为入门，这个对我有点勉强了。再加上这个行业很多英文缩写，所以最后，我决定直接从英文原版入手。

最后选了《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》来阅读

选择了这本《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》。豆瓣上评分也挺高，业内评价也很好。

豆瓣评分不错哦！

确认阅读的书籍之后呢，先看目录。

《芯片制造——半导体工艺制程实用教程》目录

看目录，这个结构和我们材料成形类专著的逻辑也差不多，都是先讲讲行业背景，然后材料特性，接下来讲讲各个工艺环节。就是我们材料课程的话，有更多精力在材料特性上。不知道这里是不是也一样？

第6章讲工艺良品率，这个我们材料成形原理课上不会涉及。我们讲材料成形，关注的是这个工艺中会产生哪些缺陷、这些缺陷的影响因素，以及怎么控制。课程里关心的是一般的理论，比如还会出现，当我们控制因素A时，调大，I号缺陷趋势增加；调小，I号缺陷控制住了，II号缺陷会增加。这也是备受学生吐槽的一个点。具体生产需要做取舍，但这个在课程中是不介绍的，只能等到实战中，大家具体问题具体分析。所以就有种学了，但是离应用还差很远的感觉。不知道看这章的时候可以带点新东西到我们的基础理论课程里吗？

在第11章掺杂（doping）这部分，涉及的核心理论就是扩散(diffusion)，这个我熟啊，不知道这里面会用到我们材料科学里的哪些知识点呢？

第15章的商业因素中，有质量控制和ISO 9000认证。说点不太好听的，国内的材料行业，它作为制造业的上游，本应该是高端行业，但是事实上，目前发展空间特别大。我感觉问题就是生产环节的质量控制还不到位。当然这里面最核心的就是涉及对整个生产过程的理解，去识别真正的影响因素，然后这些重要因素都要上传感器，进行定量跟踪。材料行业目前可以做出高端产品，但是质量不稳定，对于设计端就很难。就像段誉的六脉神剑一样，时灵时不灵的，就很难让人有安全感。

目录看完，有点安心，看上去都有点眼熟哦。接下来就进入第一章，半导体产业。

先来看看产业的历史。开篇就是真空三极管。这部分我建议大家看下《芯片简史》，来龙去脉更清楚，从电灯泡开始，到具备开关功能的真空二极管，再到有放大功能的真空三极管，中间辅助了量子物理的进展，就有种水到渠成的感觉。

简述芯片制造过程

芯片制造

芯片的生产从用户需求开始，经过设计、制造、封装、成品测试到最后出厂。其中技术难度最高的是设计和制造。设计需要大量的计算机辅助设计软件，设计费时很长，要设计出好产品，需要积累大量的经验。目前，大部分产品都是在原先设计的版本上翻新的。芯片制造是芯片生产中投资最大的部分，一个技术领先的芯片制造厂，没有几十亿美元是不可能制造出产品的。除了投资巨大之外，还必须有大量的有经验的技术人员才能研发出好的制造流程。

芯片制造一般有五个重要步骤：一是光刻（Photolithography）；二是刻蚀（Etch）；三是薄膜沉积（Deposition）；四是扩散（Diffusion）；五是离子注入（Ion Implantation）。

一、光刻

光刻和传统的照相相似，先在晶圆上涂上光刻胶（Photo Resistor），然后曝光掩膜板（Mask），显影光刻胶（Develop），再刻蚀曝光过的区域。于是，晶圆上就留出了刻蚀或离子注入的区域。光刻工艺主要用于定义硅晶圆上的几何图案。

1、涂覆光刻胶

在晶圆上绘制电路的第一步是在氧化层上涂覆光刻胶。光刻胶通过改变化学性质的方式让晶圆成为“相纸”。晶圆表面的光刻胶层越薄，涂覆越均匀，可以印刷的图形就越精细。这个步骤可以采用“旋涂”方法。

根据光（紫外线）反应性的区别，光刻胶可分为两种：正胶和负胶，前者在受光后会分解并消失，从而留下未受光区域的图形，而后者在受光后会聚合并让受光部分的图形显现出来。

2、曝光

在晶圆上覆盖光刻胶薄膜后，就可以通过控制光线照射来完成电路印刷，这个过程被称为“曝光”。我们可以通过曝光设备来选择性地通过光线，当光线穿过包含电路图案的掩膜时，就能将电路印制到下方涂有光刻胶薄膜的晶圆上。

3、显影

曝光之后的步骤是在晶圆上喷涂显影剂，目的是去除图形未覆盖区域的光刻胶，从而让印刷好的电路图案显现出来。显影完成后需要通过各种测量设备和光学显微镜进行检查，确保电路图绘制的质量。

二、刻蚀

用物理的、化学的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有掩膜保护的那一部分材料去除，从而得到与掩膜一致的图形，实现图形转移。

刻蚀的方法主要分为两种，取决于所使用的物质：使用特定的化学溶液进行化学反应来去除材料的湿法刻蚀，以及使用气体或等离子体的干法刻蚀。

1、湿法刻蚀

利用特定溶液与未受保护部分的材料进行化学反应，形成可溶物质溶解在溶液中，从而使材料从表面逐层清除

2、干法刻蚀

干法刻蚀可以分为物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学结合（反应离子刻蚀）三种。

三、薄膜沉积

薄膜淀积是把物质沉积在晶圆表面上。有化学气相淀积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相淀积（Physical Vapor Deposition，PVD）等方法。化学气相淀积是把几种气体注入硅晶圆之上，进行化学反应后物质淀积在晶圆上。物理气相淀积把一个个原子淀积在硅晶圆上，它是从固相到气相再到固相的过程。

1、化学气相淀积

在化学气相沉积中，前驱气体会在反应腔发生化学反应并生成附着在晶圆表面的薄膜以及被抽出腔室的副产物。