集成电路制造包括哪些技术环节与工艺？

集成电路制造是一种非常复杂的技术,包含材料生长、晶圆制造、电路设计、无尘室技术、制造设备、测量工具、晶圆处理、晶粒测试、芯片封装和最后的芯片测试。

1、材料制备

半导体的生产需要用原材料制造晶圆。在晶圆制造过程中，如化学气相沉积(CVD)刻蚀、物理气相沉积(PVD)和化学机械研磨(CMP),都需要使用超高纯度以及极低粒子密度的气体确保生产的成品率。

2、半导体工艺设备

半导体的制造工艺需要高度专业化的工具，如外延硅沉积反应炉、CVD和刻蚀工具、离子注人机、高温炉和快速加热(RTP)工具、金属沉积反应炉、化学机械研磨工具以及光刻技术工具等。诸如此类的工具既精密又复杂，造价很高，且无尘室同样费用很高，所以半导体制造商总是尽量维持一天24小时以及每周七天不间断生产。

20世纪70年代之前，大多数集成电路制造商都使用自己的制造工具，如今产业界大多数的制造工具都来自专门的半导体设备公司。

3、测量和测试工具

半导体生产的每一个工艺过程都需要使用专门的工具测量、监视、维护及控制整个过程。有些工具用来测量薄膜的特性，如厚度、均匀性、应力、反射系数、折射率和薄片电阻。有些工具测量元器件的特性，如电流-电压曲线、电容-电压曲线和击穿电压曲线等。光学及电子显微镜也广泛应用于检查图形、侧面图和对准程度。某些度量衡也采用红外线及X光辐射测量来分析化学成分和浓度。

4、晶圆生产

晶圆制造从普通的石英砂开始，首先利用碳和石英砂在高温状态下反应生成天然硅或纯度为98%的冶金级硅(MGS)。接着将MGS成粉状与氯化氢反应生成液态三氯硅烧(SiHCLTCS),它的纯度高达99.9999999%(9个9)。然后再将TCS与氢在高温状态下反应沉积出高纯度的多品硅或电子级硅材料(EGS)。将EGS放入旋转石英坩埚内加热到1415℃熔化，然后慢慢将一个旋转种晶推进熔融的硅中，再慢慢将其提拉出来，最后产生出超纯净的单品硅晶棒。单晶硅晶圆就是将圆形晶棒锯成片状形成。接着将晶圆粗磨、洗净、刻蚀、抛光、打上编号，最后运送到集成电路芯片制造厂。许多晶圆制造厂甚至为集成电路制造厂在晶圆表面沉积一层单晶硅薄膜,这层薄膜称为外延硅。

5、电路设计

当杰克·克毕用5个分离组件设计出第一个集成电路时,是用手绘方式画出电路图的。

20世纪80年代以前，大多数半导体公司都自行设计、生产及测试集成电路芯片。这些传统的半导体公司称为集成设备制造商(IDM)。进入90年代之后，集成电路产业中产生了两种半导体公司。一种为“晶圆代工”公司,其拥有晶圆制造工厂但却没有自己的设计部门。他们接受其他公司的订单，制造光刻版/倍缩光刻版，或从顾客手中取得光刻版/倍缩光刻版，为客户处理晶圆及芯片制造；另一类为“无晶圆厂”的半导体公司,这种公司只有自己的设计小组和测试中心，接受以电子产业为主的客户订单，并根据顾客的需求设计芯片，然后与晶圆代工公司签约并依照他们的设计生产晶圆。有些设计公司用自己的测试工具测试芯片制造厂生产的芯片。有些无晶圆厂公司甚至只专注芯片的设计而将芯片的测试工作外包出去。芯片最后将运回无晶圆厂公司，测试后才将产品送交原来的客户。

6、光刻版的制造

当集成电路设计完成后，电子设计自动化(EDA)软件产生的布局图被转印到覆盖铬金属薄膜的石英玻璃片上,并通过计算机控制的激光将版图投射在光刻胶涂敷的铬玻璃表面。光子通过光化学反应改变曝光光刻胶的化学性质，并使用碱性显影剂将其溶解。图形刻蚀工艺将铬金属从光刻胶显影剂溶解的区域除掉，这样就可以将集成电路版图的图像转印到石英玻璃的铬金属层上。

计算机控制的电子束也可以使光刻胶曝光，达到图形转印的目的。由于高能电子束的波长比紫外线短,所以电子束有较高的解析度,可以在铬膜玻璃上产生更精细的图像。随着器件特征尺寸的不断缩小，越来越多的光刻版必须使用电子束直写技术。一般而言，当铬膜玻璃上的图像能覆盖整个品圆时,称为光刻版。光刻版通常以1:1的比例将图形转印到品圆表面，投影、接近式曝光和接触式曝光等曝光系统都使用光刻版，光刻版的最高解析度大约为1.5 um。

制造最简单的MOS晶体管至少需要5道光刻。先进的集成电路芯片甚至需要超过30道光刻/倍缩光刻工艺。

7、晶圆制造

晶圆制造提供不同类型的晶圆，这些晶圆具有不同的晶向、不同的掺杂类型、不同的掺杂浓度,已经有或没有外延层,这是根据IC品圆厂的要求设计的。材料制造商根据IC制造的需要制造了多种超纯材料。一旦晶圆被送至工艺线，通常将进行激光刻划、清洗和热生长一层薄二氧化硅。在所谓的晶体管制造前端(FEOL)晶圆处理过程中，品圆将经过多次光刻，其中大部分需要不同的离子注人形成阱区、源/漏扩展结、多晶硅栅掺杂源/漏结。前段FEOL光刻工艺只包括两个图形化刻蚀过程，一个是形成浅沟槽隔离，另一个是形成栅电极。

在后端(BEOL)工艺过程中,所有的光刻工艺通过刻蚀工艺进行。铜金属化过程中，金属层的数目决定了多次重复双镶嵌工艺:介质化学气相沉积、光刻、介质刻蚀、去光刻胶和清洗、光刻，电介质刻蚀，去光刻胶和清洗、金属层沉积、金属退火和CMP。所有的金属层形成后，沉积CVD氧化硅和氮化硅作为钝化层，最后的光刻工艺定义出焊线或凸形焊点。最后进行芯片测试、晶粒分离、分类、封装并送给客户。

集成电路厂商需要经过数百道制造步骤和数周时间才能在晶圆表面做出微小的电子元器件和电路。晶圆处理过程包括：湿法清洗、氧化、光刻、离子注人、快速热退火、刻蚀、去光刻胶CVD、PVD和CMP等。

8、集成电路芯片制造设备配件常用的铁氟龙产品

1、PFA管，PFA管常见规格：

1/8英寸（1.6*3.2mm）、1/4英寸（3.96*6.35mm）、3/8英寸（6.35*9.525mm）、

1/2英寸（9.5*12.7mm）、3/4英寸（15.88*19.05mm）、1英寸（22.2*25.4mm）。

2、PFA接头，PFA焊接接头，PFA入珠接头，PFA扩口接头，丹凯常见规格：包括1/8英寸、1/4英寸、3/8英寸、1/2英寸、3/4英寸和1英寸‌。

3、PFA阀门，常见规格：通常为1寸以下英制尺寸，如1/4寸、3/8寸、1/2寸、3/4寸、1寸。

4、PFA注塑件

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