关于集成电路芯片制造技术研究

李振平,刘蕊蕊,乔丰,张立猛,姜礼颖

摘要：随着全球信息化和网络化的发展，芯片在其中的角色和作用愈发凸显。集成电路设计与制造作为芯片开发的核心技术，肩负着战略性、基础性和先导性作用，也印证着一个国家的科技水平和产业竞争力。基于此，本文从集成电路芯片的概念出发，着重分析和研究集成电路芯片的制造流程和制造技术，并对其未来发展作出展望，希望借此提供有价值的参考，推动我国芯片制造产业的可持续发展。

关键词：集成电路芯片；制造流程；制造技术；发展趋势

一、集成电路芯片概述

集成电路芯片由数量众多的晶圆构成，拥有非常小的自身体积，芯片的元器件不仅密度较大，而且具备绝佳的耐用性能，替换起来十分方便快捷。但芯片的使用性能较为单一，可维修性不高，维修耗费资本较大。随着电子信息技术的发展和应用，芯片在互联网领域、计算机领域、航空航天领域以及国防科技领域中都占据着不可或缺的地位，正在成为一个国家建设和发展的基础。

二、集成电路芯片的制造流程

（一）材料准备

材料准备是集成电路芯片制造的第一个环节，需要用到的原材料以硅元素为主，再辅以铜、银、镍等辅助材料以丰富芯片的应用范围。因此，材料的准备主要是硅元素的获取，现阶段的硅元素主要来自石材，采集和提纯成本较低、操作简单，提纯后获取的高纯度硅能够被制成多种形式的晶圆，成为芯片制造的基础材料。

（二）晶体生长

晶体生长是集成电路芯片制造的第二个环节，技术人员需要在硅晶片上放置电路晶体，并确保晶体始终处于高光、高温条件下，以促进晶体的生长分裂。待晶体生长成熟后，再用激光手段对其进行切割，以获得所需要的晶圆毛坯。需要注意的是，晶体生长需要处于极为干燥且无污染无腐蚀的环境中，以免影响晶圆的获取。

（三）晶圆制造

晶圆制造是集成电路芯片制造的核心环节，需要通过晶圆片涂膜、显影和蚀刻、离子注入以及针测等步骤才能完成。技术人员首先通过高温炉加热的方式促使硅晶片表面生成一层二氧化硅膜，然后在硅晶片表面涂抹光线抗蚀剂，在遮光物和紫外光的配合下形成所需的二氧化硅层，随后往晶圆片中植入离子，生成相应的P、N类半导体，最后用针测仪对芯片进行电气检测，合格后方可进入封装流程。

（四）切割封装

切割封装是获取集成电路芯片成品的最后一步，技术人员需要将之前环节中获取的晶圆片切割成单独的芯片，并按照电气特性将合格产品装入不同的托盘中，然后将单个芯片固定在塑胶或陶瓷制的基座上，并将芯片引接线与基座插脚连接，最后盖上塑胶盖板并用胶密封，由此便得到了切割封装好的芯片产品。

（五）参数测试

集成电路芯片的参数测试指的是芯片制成以后的电参数检测，包括一般测试和特殊测试两种方式。一般测试是将封装好的芯片置于不同环境下，检测其消耗功率、退行速度、耐压度等电气特性，并据此将其划分为不同等级。特殊测试则是根据客户要求的技术参数进行有针对性的专门测试，以此确定是否符合特定需求。

三、集成电路芯片的制造技术

（一）双极型工艺制造技术

双极型工艺制造技术是最早出现和最早用于实际生产的集成电路芯片制造技术，大致可以分为以下两种类型：一是通过pn结隔离、全介质隔离以及pn结-介质混合隔离技术，在器件之间制备电隔离区的双极型工艺制造技术；二是在器件之间采用自然隔离的方式进行的双极型工艺制造技术。

双极型工艺制造技术在模拟器件和大功率器件等领域应用范围较为广泛，但由于集成度较低、功耗较大以及纵向尺寸无法跟随横向尺寸等比例缩小，因此在超大规模集成电路芯片中受到较大限制。

（二）PMOS工艺制造技术

PMOS工艺制造技术出现于20世纪60年代，是最早出现的MOS制造技术，相较于双极型工艺制造技术有了较为明显的进步。该项技术的核心是金属－氧化物－半导体，由它们组成电容，形成电场，所以又被称之为金属氧化物半导体场效应管。

具体来说，PMOS是制作在N型衬底上的P沟道器件，通过铝栅控制器件形成反型层沟道，再将沟道与源极和漏极相连，从而使得各个器件开启导通工作，为集成电路芯片的制造创造便捷条件。

（三）NMOS工艺制造技术

NMOS是一种电压控制器件，依靠电子导电工作。由于电子比空穴具有更高的迁移率，所以相较于PMOS工艺制造技术，NMOS工艺制造技术有着超两倍的电流驱动能力，由此制造的集成电路芯片有着较为明显的性能优势。因此，NMOS工艺制造技术的出现可以说是一次全面的技术升级。另外，从整个行业的技术应用来看，NMOS工艺制造技术出现以后，很快便取代了PMOS工艺制造技术，成为集成电路芯片设计人员的主流选择，大大提高了芯片制造的质量和效率。

（四）CMOS工艺制造技术

CMOS是互补金属氧化物半导体，CMOS工艺制造技术就是通过互补对称电路的方式，将NMOS和PMOS制造在同一个芯片上以形成集成电路的技术方法。通过该项技术制造的集成电路静态功耗几乎接近于零，能够很好地解决集成电路芯片运行功耗难题，是一项十分重要的技术突破。

在应用领域方面，CMOS可以作为可擦写芯片用于计算机信息保存领域，也可以作为一种低成本的感光元件技术用于数字影像领域，抑或者是用于更加专业的集成电路设计与制造领域。

（五）BiCMOS工艺制造技术

BiCMOS是双极－互补金属氧化物半导体，BiCMOS工艺制造技术就是将双极型器件和CMOS器件结合在同一个芯片上，发挥双极型器件高跨导、强驱动和CMOS器件低功耗、高集成度的优势，为集成电路芯片的制造开辟一条全新的技术渠道。

在实际的生产和应用中，由于影响BiCMOS器件性能的主要是双极型晶体管部分，因此以双极型工艺制造技术为基础的BiCMOS制造技术更为常见，也更加符合集成电路芯片制造的实际需求。

（六）BCD工艺制造技术

BCD是双极互补双扩散金属-氧化物-半导体集成电路的简称，BCD工艺制造技术就是在同一块硅衬底上同时制备出Bipolar、CMOS和DMOS结构的集成电路芯片的技术方式。因此，用BCD工艺制造的器件不仅具有Bipolar器件的高频率、强负载的优点，同时具有CMOS器件低功耗、高密度，以及DMOS器件高耐压、强驱动和开关速度快等特性，目前已经被广泛应用于电源管理器件、高压功率器件、显示驱动和汽车电子等芯片的制造领域。

（七）HV-CMOS工艺制造技术

HV-CMOS工艺制造技术是把CMOS和DDDMOS / FDMOS制造在同一个芯片上，利用DDDMOS和FDMOS高压MOS器件的属性，有效降低集成电路芯片的制造成本，是一种基于传统CMOS制造技术的低成本芯片制造手段。

作为传统CMOS制造技术向高压方向的延伸，HV-CMOS工艺制造技术对于用途单一的LCD和LED高压驱动芯片来说十分适用，因为它们没有大功率的使用要求，只是需要驱动高压信号。从这方面来说，HV-CMOS工艺制造技术生产的产品具有相当的市场竞争力。

四、集成电路芯片制造的发展趋势

随着全球科技水平的不断进步，集成电路芯片制造技术也需要不断把握时代发展的趋势，时刻更新自身的技术理念。就目前来看，集成电路芯片的制造需要向以下三方面迈进：首先，随着芯片尺寸的不断缩小，纳米级制造技术需要更快地被研究和应用；其次，为了不断提升芯片的性能和密度，三维芯片制造技术正在成为未来发展的重点；最后，新型材料的应用也需要时刻被提及与尝试。

结束语

综上所述，集成电路芯片在推动社会发展中的重要性不言而喻，理解和掌握集成电路芯片的制造流程和制造技术是相关研发人员的基础课题。除此之外，还应在日常的工作实践中不断学习最新、最先进的技术理念，时刻更新自身的知识储备，为我国集成电路芯片的制造取得技术突破作出持续性努力，从而推动我国芯片产业的高质量发展。

参考文献

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