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芯片制造的過程

信息來源于:互聯網 發布于:2022-04-26

芯片的應用非常廣泛:比如,手機、電腦、汽車、玩具、電器等等,都有芯片的存在。芯片雖小,但是功能強大。芯片制造過程非常復雜,這些芯片是如何制造的,關鍵步驟是什么?我總結了以下六個關鍵步驟,一起來看看吧~

1.沉積

沉積步驟從晶圓開始。晶圓從99.99%的純硅圓柱體(又稱“硅錠”)上切下來,打磨得非常光滑。然后,導體、絕緣體或半導體材料薄膜根據結構要求沉積在晶圓上,以便在晶圓上打印第一層。這一重要步驟通常被稱為“沉積”。

隨著芯片越來越小,在晶圓上打印圖案也越來越復雜。沉積、蝕刻和光刻技術的進步是芯片變小的關鍵,從而促進摩爾定律的持續。這包括使用新材料使沉積過程更準確的創新技術。

2.光刻膠涂覆

晶圓將被涂上光敏材料光刻膠(也稱為光阻)。光刻膠也分為兩種類型:正光刻膠和負光刻膠。

正負光刻膠的主要區別在于材料的化學結構和光刻膠對光的反應方式。對于正光刻膠,暴露在紫外線下的區域會改變結構,變得更容易溶解,從而為刻蝕和沉積做好準備。負光刻膠恰恰相反,受光照射的區域會聚合,使其更難溶解。正光刻膠最常用于半導體制造,因為它能達到更高的分辨率,從而成為光刻階段更好的選擇。如今,世界上許多公司生產半導體制造的光刻膠。

光刻

光刻在芯片制造過程中非常重要,因為它決定了芯片上的晶體管可以有多小。在這個階段,晶圓將被放入光刻機中(是的,ASML生產的產品),并暴露在深紫外線(DUV)下。大多數時候,它們比沙粒小幾千倍。

光線通過掩模板投射到晶圓上,光刻機的光學系統(DUV系統的透鏡)縮小了掩模板上設計的電路圖案,并將光刻膠聚焦在晶圓上。正如前面提到的,當光線照射到光刻膠上時,會發生化學變化,并將掩模板上的圖案印在光刻膠涂層上。

使曝光圖案完全正確是一項棘手的任務,在這個過程中可能會發生粒子干擾、折射和其他物理或化學缺陷。這就是為什么有時我們需要通過特別修改掩模上的圖案來優化最終的曝光圖案,使打印出來的圖案看起來像我們需要的。我們的系統將算法模型與光刻機和測試晶圓的數據相結合,生成一個與最終曝光圖案完全不同的掩模設計,但這正是我們想要實現的,因為只有這樣才能得到所需的曝光圖案。

4.刻蝕

下一步是去除退化的光刻膠,以顯示預期的圖案。在“蝕刻”過程中,晶圓被烘烤和顯示,一些光刻膠被洗掉,從而顯示開放通道的3D圖案。蝕刻過程必須準確、一致地形成導電特性,而不影響芯片結構的整體完整性和穩定性。先進的蝕刻技術使芯片制造商能夠使用兩倍、四倍和基于間隔的圖案來創造現代芯片設計的小尺寸。

和光刻膠一樣,蝕刻也分為干和濕。干蝕刻使用氣體來確定晶圓上的暴露圖案。濕蝕刻通過化學方法清洗晶圓。

芯片有幾十層,因此必須仔細控制蝕刻,以免損壞多層芯片結構的底層。如果蝕刻的目的是在結構中創建一個空腔,則需要確??涨坏纳疃韧耆_。一些高達175層的芯片設計,如3DNAND,特別重要和困難。

5.離子注入

一旦圖案被刻在晶圓上,晶圓就會受到正離子或負離子的轟擊,以調整部分圖案的導電特性。硅原料作為一種晶圓材料,既不是完美的絕緣體,也不是完美的導體。硅的導電性介于兩者之間。

將帶電離子引導到硅晶體中,可以控制電流,從而創造芯片基本部件的電子開關晶體管,即“離子化”,也稱為“離子注入”。該層離子化后,將去除剩余用于保護無腐蝕區域的光刻膠。

6.封裝

在晶圓上制造芯片需要數千個過程,從設計到生產需要三個多月的時間。為了從晶圓上取出芯片,用鉆石鋸切割成單個芯片。這些被稱為裸晶的芯片是從12英寸的晶圓中分離出來的。12英寸晶圓是半導體制造中最常用的尺寸。由于芯片的尺寸不同,有些晶圓可以包含數千個芯片,而有些只包含數十個芯片。

這些裸晶體隨后被放置在基板上——這個基板使用金屬箔將裸晶體的輸入和輸出信號引導到系統的其他部分。然后我們將用均熱片覆蓋它。均熱片是一個裝有冷卻液的小型扁平金屬保護容器,以確保芯片在運行中保持冷卻。

總的來說,沉積、光刻膠涂層、光刻、刻蝕、離子注入和包裝就是芯片鑄造的重要步驟。

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