1. 芯片制造全流程

人们常说，芯片制造过程就像是一粒沙子的神奇之旅。那么粗糙的沙子是如何变成每秒能执行数十亿次计算的芯片的呢？好比朴实的食材需要经过煎、炒、烹、炸，再配以与其相融合的配料反复调味，才能释放出其独特的美味一样，沙子则需要经过炼、提、拉、切，得到晶圆，在晶圆表面反复进行离子注入、光刻、刻蚀、沉积等步骤，才能制造出具有特定功能的芯片；色香味俱全的佳肴出锅后还需要精心摆盘才能上桌供顾客食用，而复杂精妙的芯片则需要封装测试后才能交付客户使用。

2. Foundry中的芯片制造

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺是现代超大规模集成电路半导体工艺的基础，为了更好地管理和优化制造工序、提高生产效率、降低成本，同时也能够更好地控制芯片的性能和质量，CMOS工艺又被分成前段工艺(Front-end of Line, FEOL)和后段工艺(Back-end of Line, BEOL)。前段工艺是指对芯片有源部分的制造工序，即位于芯片硅衬底上的晶体管；而后段工艺是指在晶体管上部建立若干层的导电金属线，不同层金属线之间由通孔相连的制造工序。

2.1 芯片制造的前段工艺流程

FEOL是整个芯片制造流程的核心部分，主要涉及晶体管器件的制造，通常包括以下步骤:

(1) 浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)，首先在硅晶圆表面形成STI结构，来隔离各个器件区域；

(2) 离子注入掺杂，在STI结构上有选择性地形成n型和p型区域，即NMOS和PMOS晶体管的阱区域(如图2中n-well和p-well区域)，通过离子注入等方法实施不同浓度分布的掺杂处理；

(3) 源漏栅区域，在阱区域形成之后，需要在上方生长栅氧化层，然后在栅氧化层上沉积多晶硅层形成栅极结构。经过刻蚀处理在栅极两侧形成扩散区，即源/漏区(如图2中S/D区域)；

(4) 后掺杂，在源漏区周围进行LDD(Lightly Doped Drain，轻掺杂)和深度注入掺杂，完成NMOS和PMOS晶体管的制造。

2.2 芯片制造的后段工艺流程

BEOL主要是形成金属互连线，用来实现器件连接，包括以下几个步骤：

(1) 介质层沉积，在FEOL完成的基础上沉积一层或多层绝缘介质层(如图3中SOD区域)，包括低介电常数的硅氮化物或碳掺杂氧化硅等；

(2) 光刻与刻蚀，通过光刻和干式刻蚀在介质层上形成各种大小的沟槽和通孔，用于实现金属互联和接触；

(3) 金属层沉积，采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)等在介质层上沉积金属(Cu或Al)，为了确保金属与介质层的良好粘附，在沉积金属前还需要先沉积一层薄的衬底层，如钛或钽化合物；

(4) 金属互连线的形成，最后再次沉积介质层，并利用光刻和干式刻蚀形成更上层所需的互连线路和接触结构(如图3中Cu1-Cu5区域)；

整个BEOL工艺需要重复多次沉积、刻蚀和图形化，才可以构建出多层金属的互连布局。

3. 芯片制造的四大核心工艺

芯片制造的工艺流程繁多，但其中最核心的工艺主要有离子注入、光刻、刻蚀和薄膜沉积四种：

(1) 离子注入工艺，如图4(a)所示将特定的杂质离子加速注入到晶圆表面，从而改变半导体材料的导电性，这是制造MOSFET等器件的关键步骤；

(2) 光刻工艺，如图4(b)所示通过光照、显影和刻蚀等步骤，将设计好的版图转移到晶圆表面。首先在晶圆上涂覆光敏胶，然后利用光掩膜精准照射，光敏胶在曝光区域发生化学反应并被溶解掉，从而形成所需的图形；

(3) 刻蚀工艺，如图4(c)所示用于选择性地去除晶圆表面的薄膜材料形成所需的图形结构，干式刻蚀(利用离子轰击)和湿式刻蚀(利用化学腐蚀)是两种主要方法，刻蚀工艺的精度和选择性直接影响器件的尺寸和性能；

(4) 薄膜沉积工艺，如图4(d)所示用于在晶圆表面沉积各种薄膜材料，比如：绝缘层、导电层和半导体层等，常用的沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等，薄膜材料的选择和沉积过程对器件性能有重要影响。