简谈芯片制造工艺的四个主要环节

拓荒号:陈峰 (企业头条)

在晶圆上制造芯片需求经过上百个工序,主要的工艺步骤包括光刻、刻蚀、掺杂、薄膜堆积等。


芯片制造工艺


光刻的目的是把设计好的图形转印到晶圆上

首先我们在晶圆上层光刻胶,光刻胶(正胶)的特性是经过特定频率光线的映照后,能够溶解在显影液里。然后将设计好图形的掩膜版罩在晶圆之上,用光刻机进行曝光,有些光线透过掩膜版映照到光刻胶上,有些光线被掩膜版上的图形阻挠。曝光之后,将晶圆放在显影液里浸泡,被光线映照过的光刻胶溶解,晶圆外表就留下了和掩膜版一样的光刻胶图形。


芯片生产


光刻是晶圆加工制造中最中心的工艺,晶圆加工的工艺程度主要取决于光刻的精度

通常我们说的28纳米或14纳米工艺,指的就是光刻机可以分辨的最小图形尺寸。晶圆上可以加工的图形尺寸越小,那么同样复杂度的芯片电路所占的面积就越小,一片晶圆上可以切割出来的芯片数量也就越多。由于芯片的加工步骤都是以晶圆为单位进行的,均匀下来单个芯片的本钱也就很低。当然,最小线宽的减少不只能带来芯片本钱的降落,还有很多其他益处,比方功耗的降低、集成度的进步以及良品率的提升等。


芯片成本


得到光刻图形后,就能够进行下一步的加工

比方刻蚀、掺杂或薄膜堆积等。刻蚀能够将没有被光刻胶维护的局部腐蚀掉普通用来在晶圆上挖槽,通常分为干法刻蚀和湿法刻蚀,前者主要采用等离子体轰击,后者普通采用溶剂浸泡溶解。刻蚀完成后,肃清剩余光刻胶,就得到了想要的凹槽图案。为了改动半导体的电学性质,在晶圆上构成四PN结、电阻、欧姆接触等构造,我们还需求将特定的杂质(普通是Ⅲ、Ⅳ族元素,比方磷、砷、硼等)掺入特定的区域中。小尺寸工艺条件下最主要的掺杂办法是离子注入,它直接将具有很高能量的杂质离子注入半导体衬底中,能够准确控制掺杂的深度和浓度。


芯片加工


离子注入完成后,通常需求进行退火

退火是指将晶圆放在氮气等不生动气体气氛中进行热处置,使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置上,一方面能够激活杂质,使其具有电活性,另一方面也能够消弭离子注入带来的晶格损伤。薄膜堆积也是片消费过程中重要的工艺步骤,通常分为化学气相淀积( Chemical Vapor Deposition,CVD)和物理气相淀积( Physical Vapor Deposition,PVD)。CVD是指经过气态物质的化学反响,在衬底上淀积一层薄膜资料的过程。它简直能够淀积集成电路工艺中所需求的各种薄膜,例如二氧化硅、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等,适用范围广、台阶掩盖性好。PVD主要包括蒸发和溅射,通常用于淀积芯片中的电极和金属互联层。


芯片设计


将前述工艺反复若干次,就能够在晶圆上加工出设计好的芯片
通常在进行每一道主要工艺步骤之前都需求重新进行一次光刻,因而,也常用掩膜版的数量来权衡工艺的复杂度,如今加工出一颗CPU芯片,常常需求上百套掩膜版,数千个加工步骤。

(科技产业责编:陈峰 )