以下文章來源于且聽芯說 ，作者云天明

?“兵馬未動，糧草先行”，各路IC英雄是否備好了Hamburger&Chips來迎接下一次的遠征。其實，在芯片制造過程中，每一個步驟都像是制作漢堡一樣層次分明：從最基礎的晶圓開始，像是漢堡的底層面包；經過一系列精密加工，就像是添加了各種醬料和蔬菜，最終形成了復雜的電路結構，每一步都至關重要，缺一不可。當芯片成功點亮的那一刻，就像品嘗米其林大廚制作的漢堡一樣，唇齒留香，回味無窮。?

芯片制造流程從廣義的角度可分為三重奏，首先是“芯片設計”的靈感迸發，如廚師構思新菜；然后經過“芯片制造”的精心打磨，如同食材在廚師手中歷經千錘百煉；最后以“封裝測試”的細致呈現，如同佳肴裝盤，展現其最終的風味與魅力。

01. 芯片制造全流程

人們常說，芯片制造過程就像是一粒沙子的神奇之旅。那么粗糙的沙子是如何變成每秒能執行數十億次計算的芯片的呢？好比樸實的食材需要經過煎、炒、烹、炸，再配以與其相融合的配料反復調味，才能釋放出其獨特的美味一樣，沙子則需要經過煉、提、拉、切，得到晶圓，在晶圓表面反復進行離子注入、光刻、刻蝕、沉積等步驟，才能制造出具有特定功能的芯片；色香味俱全的佳肴出鍋后還需要精心擺盤才能上桌供顧客食用，而復雜精妙的芯片則需要封裝測試后才能交付客戶使用。

02. Foundry中的芯片制造

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)工藝是現代超大規模集成電路半導體工藝的基礎，為了更好地管理和優化制造工序、提高生產效率、降低成本，同時也能夠更好地控制芯片的性能和質量，CMOS工藝又被分成前段工藝(Front-end of Line, FEOL)和后段工藝(Back-end of Line, BEOL)。前段工藝是指對芯片有源部分的制造工序，即位于芯片硅襯底上的晶體管；而后段工藝是指在晶體管上部建立若干層的導電金屬線，不同層金屬線之間由通孔相連的制造工序。

2.1 芯片制造的前段工藝流程

FEOL是整個芯片制造流程的核心部分，主要涉及晶體管器件的制造，通常包括以下步驟:

(1) 淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)，首先在硅晶圓表面形成STI結構，來隔離各個器件區域；

(2) 離子注入摻雜，在STI結構上有選擇性地形成n型和p型區域，即NMOS和PMOS晶體管的阱區域(如圖2中n-well和p-well區域)，通過離子注入等方法實施不同濃度分布的摻雜處理；

(3) 源漏柵區域，在阱區域形成之后，需要在上方生長柵氧化層，然后在柵氧化層上沉積多晶硅層形成柵極結構。經過刻蝕處理在柵極兩側形成擴散區，即源/漏區(如圖2中S/D區域)；

(4) 后摻雜，在源漏區周圍進行LDD(Lightly Doped Drain，輕摻雜)和深度注入摻雜，完成NMOS和PMOS晶體管的制造。

2.2 芯片制造的后段工藝流程

BEOL主要是形成金屬互連線，用來實現器件連接，包括以下幾個步驟：

(1) 介質層沉積，在FEOL完成的基礎上沉積一層或多層絕緣介質層(如圖3中SOD區域)，包括低介電常數的硅氮化物或碳摻雜氧化硅等；

(2) 光刻與刻蝕，通過光刻和干式刻蝕在介質層上形成各種大小的溝槽和通孔，用于實現金屬互聯和接觸；

(3) 金屬層沉積，采用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)或化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)等在介質層上沉積金屬(Cu或Al)，為了確保金屬與介質層的良好粘附，在沉積金屬前還需要先沉積一層薄的襯底層，如鈦或鉭化合物；

(4) 金屬互連線的形成，最后再次沉積介質層，并利用光刻和干式刻蝕形成更上層所需的互連線路和接觸結構(如圖3中Cu1-Cu5區域)；

整個BEOL工藝需要重復多次沉積、刻蝕和圖形化，才可以構建出多層金屬的互連布局。

03. 芯片制造的四大核心工藝

芯片制造的工藝流程繁多，但其中最核心的工藝主要有離子注入、光刻、刻蝕和薄膜沉積四種：

(1) 離子注入工藝，如圖4(a)所示將特定的雜質離子加速注入到晶圓表面，從而改變半導體材料的導電性，這是制造MOSFET等器件的關鍵步驟；

(2) 光刻工藝，如圖4(b)所示通過光照、顯影和刻蝕等步驟，將設計好的版圖轉移到晶圓表面。首先在晶圓上涂覆光敏膠，然后利用光掩膜精準照射，光敏膠在曝光區域發生化學反應并被溶解掉，從而形成所需的圖形；

(3) 刻蝕工藝，如圖4(c)所示用于選擇性地去除晶圓表面的薄膜材料形成所需的圖形結構，干式刻蝕(利用離子轟擊)和濕式刻蝕(利用化學腐蝕)是兩種主要方法，刻蝕工藝的精度和選擇性直接影響器件的尺寸和性能；

(4) 薄膜沉積工藝，如圖4(d)所示用于在晶圓表面沉積各種薄膜材料，比如：絕緣層、導電層和半導體層等，常用的沉積技術包括化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)等，薄膜材料的選擇和沉積過程對器件性能有重要影響。

從粗糙的沙子到復雜的芯片，沙子的這一趟神奇之旅，是否也讓你感受到了芯片制造的奇妙之處？小小芯片內部如漢堡一樣層次分明結構在勾起你食欲的同時是否也激發了你對芯片制造的求知欲？相信此次的分享，能夠拋磚引玉，從而為大家在半導體制造工藝的理解上鋪設一塊小小的基石。