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芯片制造

芯片的生產(chǎn)從用戶需求開(kāi)始，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、封裝、成品測(cè)試到最后出廠。其中技術(shù)難度最高的是設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)需要大量的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)費(fèi)時(shí)很長(zhǎng)，要設(shè)計(jì)出好產(chǎn)品，需要積累大量的經(jīng)驗(yàn)。目前，大部分產(chǎn)品都是在原先設(shè)計(jì)的版本上翻新的。芯片制造是芯片生產(chǎn)中投資最大的部分，一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先的芯片制造廠，沒(méi)有幾十億美元是不可能制造出產(chǎn)品的。除了投資巨大之外，還必須有大量的有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員才能研發(fā)出好的制造流程。

芯片制造一般有五個(gè)重要步驟：一是光刻（Photolithography）；二是刻蝕（Etch）；三是薄膜沉積（Deposition）；四是擴(kuò)散（Diffusion）；五是離子注入（Ion Implantation）。

一、光刻

光刻和傳統(tǒng)的照相相似，先在晶圓上涂上光刻膠（Photo Resistor），然后曝光掩膜板（Mask），顯影光刻膠（Develop），再刻蝕曝光過(guò)的區(qū)域。于是，晶圓上就留出了刻蝕或離子注入的區(qū)域。光刻工藝主要用于定義硅晶圓上的幾何圖案。

1、涂覆光刻膠

在晶圓上繪制電路的第一步是在氧化層上涂覆光刻膠。光刻膠通過(guò)改變化學(xué)性質(zhì)的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表面的光刻膠層越薄，涂覆越均勻，可以印刷的圖形就越精細(xì)。這個(gè)步驟可以采用“旋涂”方法。

根據(jù)光（紫外線）反應(yīng)性的區(qū)別，光刻膠可分為兩種：正膠和負(fù)膠，前者在受光后會(huì)分解并消失，從而留下未受光區(qū)域的圖形，而后者在受光后會(huì)聚合并讓受光部分的圖形顯現(xiàn)出來(lái)。

2、曝光

在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜后，就可以通過(guò)控制光線照射來(lái)完成電路印刷，這個(gè)過(guò)程被稱為“曝光”。我們可以通過(guò)曝光設(shè)備來(lái)選擇性地通過(guò)光線，當(dāng)光線穿過(guò)包含電路圖案的掩膜時(shí)，就能將電路印制到下方涂有光刻膠薄膜的晶圓上。

3、顯影

曝光之后的步驟是在晶圓上噴涂顯影劑，目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠，從而讓印刷好的電路圖案顯現(xiàn)出來(lái)。顯影完成后需要通過(guò)各種測(cè)量設(shè)備和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢查，確保電路圖繪制的質(zhì)量。

二、刻蝕

用物理的、化學(xué)的或同時(shí)使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒(méi)有掩膜保護(hù)的那一部分材料去除，從而得到與掩膜一致的圖形，實(shí)現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。

刻蝕的方法主要分為兩種，取決于所使用的物質(zhì)：使用特定的化學(xué)溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除材料的濕法刻蝕，以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

1、濕法刻蝕

利用特定溶液與未受保護(hù)部分的材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成可溶物質(zhì)溶解在溶液中，從而使材料從表面逐層清除

2、干法刻蝕

干法刻蝕可以分為物理性刻蝕、化學(xué)性刻蝕、物理化學(xué)結(jié)合（反應(yīng)離子刻蝕）三種。

三、薄膜沉積

薄膜淀積是把物質(zhì)沉積在晶圓表面上。有化學(xué)氣相淀積（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理氣相淀積（Physical Vapor Deposition，PVD）等方法?；瘜W(xué)氣相淀積是把幾種氣體注入硅晶圓之上，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后物質(zhì)淀積在晶圓上。物理氣相淀積把一個(gè)個(gè)原子淀積在硅晶圓上，它是從固相到氣相再到固相的過(guò)程。

1、化學(xué)氣相淀積

在化學(xué)氣相沉積中，前驅(qū)氣體會(huì)在反應(yīng)腔發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成附著在晶圓表面的薄膜以及被抽出腔室的副產(chǎn)物。

2、物理氣相淀積

物理氣相沉積是指通過(guò)物理手段形成薄膜。濺射就是一種物理氣相沉積方法，其原理是通過(guò)氬等離子體的轟擊讓靶材的原子濺射出來(lái)并沉積在晶圓表面形成薄膜。

四、擴(kuò)散

擴(kuò)散在芯片制造中有兩個(gè)作用：一是產(chǎn)生氧化層，產(chǎn)生氧化層的溫度為800～1200℃，二是在高溫下把雜質(zhì)注入硅晶圓或激活。

五、離子注入

離子注入就是把晶圓作為一個(gè)電極，在離子源和晶圓之間加上高電壓，于是那些摻雜離子就會(huì)以極高的能量打入晶圓，在晶圓上形成N或P型區(qū)域。離子注入后必須對(duì)晶圓進(jìn)行高溫退火（Anneal）從而修復(fù)離子注入后晶圓的損傷。離子注入主要用于制造不同的半導(dǎo)體區(qū)域（N區(qū)或P區(qū)見(jiàn)下圖）。

審核編輯 黃宇