光刻工艺是利用类似照相制版的原理,在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光和紫外光线把电路图案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面,再经过蚀刻工艺去除无用部分,所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶等。
光刻是制作半导体器件和集成电路的关键工艺。自20世纪60年代以来,都是用带有图形的掩膜覆盖在被加工的半导体芯片表面,制作出半导体器件的不同工作区。随着集成电路所包含的器件越来越多,要求单个器件尺寸及其间隔越来越小,所以常以光刻所能分辨的最小线条宽度来标志集成电路的工艺水平。国际上较先进的集成电路生产线是1微米线,即光刻的分辨线宽为1微米。日本两家公司成功地应用加速器所产生的同步辐射X射线进行投影式光刻,制成了线宽为0.1微米的微细布线,使光刻技术达到新的水平。
第一步:制作光刻掩膜版(Mask Reticle)
芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后,就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上,供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。
光刻掩膜版:(又称光罩,简称掩膜版),是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。(*百度百科)
将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上
光刻掩膜版的立体切片示意图
第二步:晶圆覆膜准备
从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅,这里不再赘述。将准备好的晶圆(Wafer)扔进光刻机之前,一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜,如使用二氧化硅(覆化)作为光导纤维,便于后续的光刻流程:
第三步:在晶圆上“光刻”电路流程
使用阿斯麦的“大杀器”,将紫外(或极紫外)光通过蔡司的镜片,照在前面准备好的集成电路掩膜版上,将设计师绘制好的“电路图”曝光(光刻)在晶圆上。(见动图):
上述动图的工作切片层级关系如下:
光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化,一般使用显影液将曝光部分祛除
而被光阻覆盖部分以外的氧化膜,则需要通过与气体反应祛除
通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后,通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作,进而完成半导体元件的全部建设。
做到这里可不算大功告成,这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中,普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构,晶体管、绝缘层、布线层等等:
搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路,需要多层结构
因此,在完成一层光刻流程之后,需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖,然后重新涂上光阻,烧制下一层电路结构:
多次重复上述操作之后,芯片的多层结构搭建完毕(下图):
如果上图看的不太明白,可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图:
当然,我们可以通过高倍显微镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况:
第四步:切蛋糕(晶圆切割)
使用光刻机烧制完毕的晶圆,包含多个芯片(Die),通过一系列检测之后,将健康的个体们切割出来:
从晶圆上将一个个“小方块”(芯片)切割出来
第五步:芯片封装
将切割后的芯片焊
芯片制造过程:光刻、刻蚀、薄膜(化学气相沉积或物理气相沉积)、掺杂(热扩散或离子注入)、化学机械平坦化CMP。
使用单晶硅晶圆(或III-V族,如砷化镓)用作基层,然后使用光刻、掺杂、CMP等技术制成MOSFET或BJT等组件,再利用薄膜和CMP技术制成导线,如此便完成芯片制作。
因产品性能需求及成本考量,导线可分为铝工艺(以溅镀为主)和铜工艺(以电镀为主参见Damascene)。主要的工艺技术可以分为以下几大类:黄光微影、刻蚀、扩散、薄膜、平坦化制成、金属化制成。
扩展资料
芯片具有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。
用芯片来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。
参考资料来源:百度百科-集成电路
参考资料来源:百度百科-芯片
1、湿洗(用各种试剂保持硅晶圆表面没有杂质)。
2、光刻(用紫外线透过蒙版照射硅晶圆,被照到的地方就会容易被洗掉,没被照到的地方就保持原样.于是就可以在硅晶圆上面刻出想要的图案.注意,此时还没有加入杂质,依然是一个硅晶圆.)
3、离子注入(在硅晶圆不同的位置加入不同的杂质,不同杂质根据浓度/位置的不同就组成了场效应管.)
4.1、干蚀刻(之前用光刻出来的形状有许多其实不是我们需要的,而是为了离子注入而蚀刻的。现在就要用等离子体把他们洗掉,或者是一些第一步光刻先不需要刻出来的结构,这一步进行蚀刻).
4.2、湿蚀刻(进一步洗掉,但是用的是试剂,所以叫湿蚀刻)——以上步骤完成后,场效应管就已经被做出来啦,但是以上步骤一般都不止做一次,很可能需要反反复复的做,以达到要求。
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