芯片有哪几个部分,芯片主要用在哪些方面

首页 > 科技 > 作者:YD1662023-04-16 18:31:19

光刻步骤主要包括:

  1. 设计电路并制作掩模板。这一步一般是通用计算机辅助设计(CAD)软件完成的,在完成电路设计正确性检查(LVS)和设计规则检查(DRC)后,设计图形被转移到掩模板上。掩模板一般是由透明的超纯石英玻璃基片制成,在基片上,需要透光的地方保持透明,需要遮光的地方用金属遮挡。
  2. 涂光刻胶:使晶圆对光敏感。执行这一步骤时,会在晶圆表面均匀涂抹一层对光敏感的物质,光刻胶。光刻胶对光敏感,光照射后会产生化学变化,于是根据光照射与否,光刻胶也形成溶解和不可溶解的部分。
  3. 曝光。将光源发出的光线经过掩模板照射到晶圆片上时,掩模板上的图形也就被转移到了晶圆片上。根据掩模板上图形的不同,光刻胶会溶解形成对应图形。
  4. 显影与坚膜。用化学显影液溶解掉光刻胶中可溶解的区域,使可见的图形出现在晶圆片上。显影后再进行高温烘培,使剩余的光刻胶变硬并提高粘附力。

芯片有哪几个部分,芯片主要用在哪些方面(9)

图:光刻的主要流程

光刻之所以得名,就是因为它通过利用光线,把带有图案的掩模板上的图形转移到晶圆片上。由于半导体技术的主要目标是尽可能的缩小电路尺寸,所以对光刻的精度要求也越来越高。高精度的光刻机是光刻步骤的基础,这就是为什么“光刻”成为备受关注的工艺步骤。

为了支持更高精度的光刻,也有先进的光刻机被制造出来。目前最先进的光刻机技术是极紫外光刻技术(EUV,Extreme Ultra-violet),它使用波长为13.5纳米的极紫外线作为光源进行电路光刻,可以制造出7纳米及以下工艺节点的芯片。ASML是EUV光刻机的领导厂商,其最新型号的光刻机号称可实现0.3纳米的精度。

光刻技术是半导体芯片工艺中最昂贵的工艺,在先进工艺中,光刻步骤的成本可以占整个芯片加工成本的三分之一甚至更多。

蚀刻:形成图案

经过了光刻步骤之后,所需要的图案已经被印在了晶圆表面的光刻胶上。但要实现半导体器件的制作,还需要把半导体器件按照光刻胶的图形复刻出来。这个复刻的过程就叫刻蚀(Etching)。

半导体刻蚀方法分为两类,分别是湿法刻蚀和干法刻蚀。

芯片有哪几个部分,芯片主要用在哪些方面(10)

图:湿法刻蚀和干法刻蚀

湿法刻蚀

湿法刻蚀是将晶圆片浸入到含有特定化学剂的液体溶液中,利用化学反应来溶解掉未被光刻胶保护的半导体结构。由于液体化学品不能很好的控制方向性,所以可能会导致刻蚀不均匀,造成刻蚀的不足或过度;另外,由于液体化学品会残留在晶圆上,所以需要额外的清洗步骤来去除污染物。

干法刻蚀

干法刻蚀是用等离子体或者离子束等来对晶圆片进行轰击将未被保护的半导体结构进行去除的方法。相比于湿法刻蚀,干法刻蚀精度高、选择性和方向性好,并且不会产生残留物,适用于制造高集成度的芯片。

然后干法刻蚀也有缺点,例如成本高,设备复杂,处理时间长。

在半导体工艺步骤中,会根据不同的目标和需求,灵活选择最适合的工艺。甚至在同一个器件制作的不同步骤中,会混合使用湿法刻蚀和干法刻蚀。

通过光刻及刻蚀步骤,就可以将希望的图形,在晶圆片上真正实现。需要说明的是,光刻/蚀刻步骤一次只能实现一层半导体结构,由于半导体器件是多层器件, 通过需要迭代多次才能将半导体器件完整蚀刻出来。并且随着工艺复杂度的不同,需要的层数也不同。例如在0.18微米的CMOS工艺中,需要的光罩层数约为20层,而对于7nm左右的CMOS工艺来说,则需要55-60层[3]。

如果说以上工艺步骤是任何微机械器件都必须要考虑的工艺的话,那么“掺杂工艺”(Doping)就是半导体工艺中的灵魂工艺了。

说掺杂工艺是半导体工艺中的灵魂工艺,是因为电路中各半导体器件的电学性能在此步骤形成。在此步骤之前,整片晶圆不过是一片冷冰冰的材料一片,过了此步骤,才有了各种各样的二极管、三极管、CMOS以及电阻等。

掺杂工艺在半导体中如此重要,是因为它可以改变半导体的电导率、载流子类型和浓度、能带结构等电学性质,从而实现不同的功能和性能。半导体的导电性能可控,就是通过掺杂来实现。

芯片有哪几个部分,芯片主要用在哪些方面(11)

图:掺杂实现半导体特性的控制

有了掺杂工艺,就可以制造出PN结、双极型晶体管、场效应晶体管等基本的半导体元器件,也可以用来调节MOS晶体管的阈值电压、改善接触电阻、增强辐射耐受性等。掺杂工艺是半导体工艺中最核心和最基础的技术之一,对于半导体器件的设计和制造具有决定性的影响。

半导体工艺中实现掺杂的主要方法有两种,即热扩散和离子注入。

  1. 热扩散是在高温下(约1000℃)将半导体暴露在一定掺杂元素的气态下,利用化学反应和热运动使杂质原子扩散到半导体表层的过程
  2. 离子注入是将杂质原子电离成离子,用高能量的电场加速,然后直接轰击半导体表面,使杂质原子“挤”进到晶体内部的过程

芯片有哪几个部分,芯片主要用在哪些方面(12)

上一页12345下一页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.