1.2.2 晶圓的制造工藝

晶圓制造的主要工作是在硅片上制作電路與電子組件，是半導體全制程中所需技術最復雜且資金投入最多的制程，以微處理器（Microprocessor）為例，其所需的工藝步驟可達數百道，其加工所需的機械設備先進且昂貴，動輒數千萬元，甚至十多億元一臺，且其所需的制造環境的溫度、濕度與含塵量（Particle）均須嚴格控制并達到潔凈要求。雖然詳細的加工處理程序與產品種類和所使用的技術有關，但是基本處理步驟通常都是硅片先經過適當的清洗（Cleaning）之后，接著進行氧化（Oxidation）及沉積（Deposition），最后進行顯影（Developing）、蝕刻（Etching）及摻雜（Doping）等反復的工藝步驟，完成硅片上電路的加工與制作形成晶圓（Wafer）。具體流程（見圖1-10）如下：

圖1-10 晶圓制造工序流程示意圖

（1）表面清洗（Surface Cleaning）：晶圓表面附著一些Al2O3和甘油混合液保護層，在制作前必須進行表面清洗。

（2）初次氧化（First Oxidation）：通過熱氧化法生成SiO2緩沖層，用來減小后續制程中Si3N4對晶圓的應力。

（3）熱處理（Thermal Treatment）：在涂覆光刻膠之前，將洗凈的基片表面涂上附著性增強劑（Adhesion Enhancer）或將基片放在惰性氣體中進行熱處理。這樣處理可增加光刻膠與基片間的黏附能力，防止顯影時因光刻膠圖形的脫落而在濕法蝕刻時產生側蝕（Side Etching）。

（4）上光刻膠（Coating Photoresist）：光刻膠的涂覆是由甩膠機來進行的。將具有一定黏度的光刻膠滴在基片的表面，然后以設定的轉速和時間甩膠。由于離心力的作用，光刻膠在基片表面均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，獲得一定厚度和均勻度的光刻膠膜。其中，光刻膠的膜厚可以通過光刻膠的黏度和甩膠的轉速來控制。

（5）光刻（Photolithography）：將設計好的晶圓電路掩膜，放置于光刻的紫外線下，下面再放置晶圓片。在光照的瞬間，晶圓片上被光刻部分的光刻膠熔化，晶圓片被刻上了電路圖，然后通過顯影去除光刻膠，光刻膠上的圖案與掩膜上的圖案一致。隨著極紫外光光刻新技術出現，晶圓的光刻變得更精確，也更有效率。

（6）摻雜：在真空的環境下，在光刻后的晶圓電路里注入導電材料。通過多次光刻和離子注入，能夠實現多層電路的制造。

（7）晶體管形成（Forming a Transistor）：在晶圓上先真空鍍銅后再電鍍銅，將銅沉積到晶體管上，表面形成一個薄薄的銅層。

（8）晶體管互連（Transistor Connection）：將多余的銅拋光掉，也就是磨光晶圓表面，在不同晶體管之間形成復合互連金屬層。芯片表面看起來異常平滑，但事實上可能包含幾十層復雜的電路，放大之后可以看到極其復雜的電路網絡。

經過上述工藝制程，主要的芯片制造流程結束，下一步將進入芯片封裝階段。