1.4 半导体器件的制作工艺流程

1.4.1 前道工艺和后道工艺

从硅圆片制成一个一个的半导体器件，按大工序可分为前道工艺（Front End Of the Line，FEOL，又称前端工艺）和后道工艺（Back End Of the Line，BEOL，又称后端工艺）。图中表示半导体器件制作从前道工艺到后道工艺的工艺流程。

前道工艺的最终目的是“在硅圆片上制作出IC电路”，其中包括300～400道工序。按其工艺性质可分为下述几大类：形成各种薄膜材料的“成膜工艺”；在薄膜上形成图案并刻蚀，加工成确定形状的 “光刻工艺”；在硅中掺杂微量导电性杂质的 “杂质掺杂工艺”等。

前道工艺与后道工艺的分界线是划片、裂片。后道工艺包括切分硅圆片成芯片，把合格的芯片固定（mount）在引线框架的中央岛上，将芯片上的电极与引线框架上的电极用细金丝键合连接（bonding）。

进一步，为起保护作用，要把芯片封入模压塑封料中，按印标示品名、型号，电镀引线，切分引线框架成一个一个的IC，把引线加工成各种各样的形状。如此做成的芯片要按IC制品规格分类，检测可靠性，出厂前最终检查，作为最初制品到此全部结束。这便是半导体IC器件的全制程。

芯片的诞生分三个步骤，分别是设计、制作和封装，难度依次减弱。现在全球芯片设计基本集中在美国，制作集中在中国台湾地区和韩国，中国大陆大部分承担的是封装工作，也就是把芯片装到板上销售。可以说，在芯片的电路设计这个领域，中国的竞争力远不如美国和韩国。

这些年来，我国通信产业发展迅速，芯片自给率不断提升。华为的麒麟芯片不断追赶世界先进水平，龙芯可以和北斗一起飞上太空，而蓝牙音箱、机顶盒等日用品也在大量使用国产芯片。但也要看到，在大容量、多功能，稳定性和可靠性要求更高的通信、军事等领域，国产芯片还有较大差距。

1.4.2 IC芯片制造工艺流程简介

芯片是怎么被造出来的？为什么制造芯片难度那么大？要了解这些问题，可看下图所示用于IC制造的全工艺流程。

众所周知，只要是电子产品，就离不开芯片。芯片通常分为两种：一种是功能芯片，比如我们常说的中央处理器（CPU），就是带有计算功能的芯片；另一种就是存储芯片，比如计算机里的闪存（FLASH），是一种能储存信息的芯片。

这两种芯片，本质上都要用到载有集成电路的硅圆片。设计难，制作也不简单。我们来看具体过程。首先，需要提取纯硅，就是把二氧化硅（通俗地讲是沙子）还原成工业硅，经提纯、拉制成单晶硅棒，把硅棒切片，就得到了硅圆片——这相当于芯片的地基。就是这个“简单的”步骤，我们做得也不够好，表现为晶圆纯度、内部缺陷、应力、翘曲度等都有差距，从而影响芯片最终的良率。人们都愿意花高价买高质量的硅圆片，从而获得最终芯片的高良率，而不愿意花低价买低质量的硅圆片，因为会导致最终芯片的低良率。我国生产的硅圆片打不开国际市场就是凭证。

有了硅圆片后，就要在上面涂上一层胶，名为“光刻胶”。这是一种感光胶状物，当用紫外线加透镜去照射某一个部位时，胶面会发生变化，显影后形成电路图形，之后利用化学原理进行腐蚀，光照过的部分就会被腐蚀掉，留下凹槽。此时，往凹槽里添加硼、磷等介质，就会出现一个半导体或者电容。依此类推，我们再涂一层胶，再照射，再腐蚀，再掺入……不断重复，像搭房子一样搭出一个复杂的集成电路，也就是芯片的核心部分。

然而，以上说的只是光刻技术的基本原理，实际操作起来要复杂得多，还会涉及波长等问题。光刻最主要的器械就是光刻机，这项技术长期被荷兰、日本、德国垄断，一台机器要花七八亿元人民币，而且他们只优先提供给中国台湾、韩国等地的大客户。中国大陆也有自己的光刻机，但是与世界先进水平相比，差距还很大。