摘要：芯片制造是一个涵盖多个产业领域、行业分工细致且工艺制程复杂的过程。从设计到最终应用到终端产品中，芯片需要经过设计、制造以及封装测试等多个环节。
芯片制造与封装功能
芯片制造是一个涵盖多个产业领域、行业分工细致且工艺制程复杂的过程。从设计到最终应用到终端产品中，芯片需要经过设计、制造以及封装测试等多个环节。
本文重点介绍硅片、晶圆及芯片封装的功能作用，分述如下：
硅片的制造工艺
晶圆的制造工艺
芯片封装的功能作用
1
硅片的制造工艺
硅片是芯片制造的基础材料，其制造工艺主要包括以下几个关键步骤：
（1）原料准备与熔化
硅（Si）是地球上储量第二丰富的元素，但用于半导体的单晶硅需要经过复杂的冶炼和提纯过程，纯度要求极高，通常要达到99.9999%甚至更高。在制造硅片时，首先需要将符合高纯度要求的块状多晶硅放入单晶炉的坩埚中。根据产品需求的电性特质指标，还会加入特定剂量的金属物质或其他杂质。然后，加热至1420℃以上的熔化温度来熔化多晶硅。
（2）长晶
长晶包括润晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾等多个复杂的工艺流程。当硅熔浆的温度稳定后，将晶种慢慢下降进入硅熔融体中。晶种在硅熔融体内也会被熔化，随后以一定速度向上提升，通过特定的转速和温度控制，最终生长出合格的硅晶柱。硅晶柱的质量关键在于硅的纯度和单晶性。硅晶柱直径越大，单晶性越难掌控，质量也越难保证。
（3）切片
硅晶柱完成后，需要进行裁切与检测。首先，对硅晶柱切取试样，检测其电阻率、氧/碳含量和晶体缺陷等技术参数。然后，使用工业级钻石模具进行切片加工。切片过程中，需要切除头尾两端锥状晶锭的头和尾，形成标准圆柱，再以内径锯片进行切片。切片后的硅片厚度、弓形度和挠曲度等特性指标是切片制程质量管控的关键。
（4）圆边
刚切好的硅片边缘为锐利的直角，容易碎裂，并在后续制程中产生热应力、破裂和崩边等质量缺陷。因此，需要对硅片边缘进行倒角加工，即圆边。圆边后的硅片具有光滑的边缘和较低的中心应力，可以有效地改善和提高硅片整体的机械强度和可加工性。
（5）研磨、蚀刻、去疵与抛光
切片后的硅片表面存在锯痕、黏附的碎屑和污渍等，需要通过研磨去除。研磨后的硅片表面会形成一层损伤层，需要用化学溶液蚀刻去除。然后，利用纯水冲洗吹干，并通过喷砂法等工艺将硅片上的缺陷处理完善。最后，对硅片进行抛光处理，使其表面达到极高的平整度，为后续的晶圆制造和芯片加工提供良好的基础。
2
晶圆的制造工艺
以下是晶圆制造的具体流程：
（1）表面清洗（Surface Cleaning）
晶圆表面通常会附着Al2O3和甘油混合液保护层，以防止在制造过程中受到污染。在制作前，必须对这些保护层进行彻底的清洗，以确保晶圆表面的洁净度。
（2）初次氧化（First Oxidation）
通过热氧化法，在晶圆表面生成一层SiO2缓冲层。这层缓冲层的主要作用是减小后续制程中Si3N4对晶圆的应力，保护晶圆不受损害。
（3）热处理（Thermal Treatment）
在涂覆光刻胶之前，对洗净的基片表面进行热处理或涂上附着性增强剂。
（4）上光刻胶（Coating Photoresist）
利用甩胶机将具有一定黏度的光刻胶均匀地涂覆在基片表面。
（5）光刻（Photolithography）
将设计好的晶圆电路掩膜放置于光刻机的紫外线下，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会发生变化（如熔化或固化），从而在晶圆片上刻上电路图。
（6）掺杂（Doping）
在真空环境下，通过离子注入等方式，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，可以实现多层电路的制造。
（7）晶体管形成（Forming a Transistor）
在晶圆上先通过真空镀铜再电镀铜的方式，将铜沉积到晶体管上。这样可以在晶体管表面形成一个薄薄的铜层，作为导电通道。
（8）晶体管互连（Transistor Connection）
通过化学机械抛光（CMP）等方式，将多余的铜抛光掉，磨光晶圆表面
3
芯片封装的功能作用
芯片封装不仅为芯片提供了一个引线键合的接口，还通过金属引脚、球形接点等技术将芯片与外部系统连接起来，并保护芯片免受外部环境的破坏和腐蚀。
以下是芯片封装的主要功能作用：
（1）传递电能
电能是电子产品运行的基础。在芯片封装过程中，必须考虑如何将电源电压恰当地分配给不同部位的器件和模块，以避免不必要的电损耗。
同时，地线的分配也是电能传递中需要考虑的重要因素。封装过程中的线路连接确保了电能的传递，这是芯片封装的基本功能之一。
（2）传递电信号
芯片封装通过合理的线路布局和连接，实现了电子组件间电信号的有效、高效传递。
（3）散热
集成电路在长时间工作时会产生热量，这些热量如果无法及时散失，可能会导致电路毁损。
芯片的有效散热，不仅延长了芯片的使用寿命，还保证了电路的稳定性和可靠性。
（4）电路保护
芯片封装不仅为芯片提供了可靠的机械支撑，还防止了精细的集成电路受到外界物质的污染。
封装材料能够隔绝空气中的水分、灰尘等杂质，以及化学物质的侵蚀，从而保护电路不受损害。这种保护对于提高集成电路的稳定性和可靠性至关重要。
（5）系统集成
芯片封装还可以将多个芯片集成整合为一个整体。利用科学合理的封装工艺，能够减小封装体积和重量，缩短组件间的连接线路。
这不仅提高了集成电路的电性能，还使得电子设备更加紧凑、轻便。系统集成功能使得芯片封装在现代电子设备制造中发挥着越来越重要的作用。
来源于学习那些事，作者小陈婆婆
来源：芯片失效分析
