最近有朋友问我关于芯片加工实现的过程,具体是如何讲电路版上面的芯片电路版图实现成一颗颗芯片的。其实在之前的光刻机的文章中也简单的为大家讲述过芯片加工中光刻的基本过程,在那篇文章中主要还是介绍光刻机的一些基本知识,对芯片的工艺实现过程讲述的比较少。今天,小编就以CMOS的工艺实现为大家简单的分享一下芯片的加工实现。
光刻
光刻:实际上就是将我们的电路版图通过光投射的方式投影到晶圆片上
版图由代表不同类型“层”的多边形组成, 每一工艺层上的不同图形都由光刻工艺完成。
在IC工艺中制作每一层时,都需要用掩模版来确定在什么位置进行掺杂、腐蚀、氧化等。光刻是确定集成电路加工区域的一种手段。
光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩模版(Mask)上完全对应的几何图形,从而实现选择性掺杂、腐蚀、氧化等目的。
集成电路是由多个不同的层构成的(阱、扩散/注入区、多晶硅、金属等),每个层的加工过程(从下往上进行),都是由一个完整的光刻工艺过程构成。
光刻工艺流程
完成掩膜版图形到硅表面材料层上图形的转移
涂胶(匀胶):正胶或负胶。
前烘:烘干光刻胶。
对准与曝光:使光刻胶发生光化学反应。
显影:未受光照的胶被显影液溶解掉(负胶) ,在表面形成胶的光刻窗口。
坚膜(后烘):保证胶与SiO2层的粘附质量。
刻蚀/注入:工艺层加工
去胶。
曝光
集成电路的集成度主要由光刻工艺到底能形成多么精细的图形(分辨率,清晰度),以及与其它层的图形有多高的位置吻合精度(套刻精度)来决定的。因此,为提高光刻工艺的精度,除利用性能优良的光刻胶外,还需要有性能良好的曝光系统。
主要的曝光方式有:
紫外光为光源的曝光方式: 接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光
其它曝光方式: X射线曝光、电子束曝光
刻蚀
用光刻方法制成的微图形,只是在光刻胶上得到了需要的微图形,还不是真正的器件结构。因此需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去,这个工艺叫做刻蚀。通常是用光刻工艺形成的光刻胶作掩模对下层材料进行腐蚀,去掉不要的部分,保留需要的部分。刻蚀技术可分成两大类:
温法刻蚀:进行腐蚀的化学物质是溶液;
干法刻蚀:进行刻蚀的化学物质是气体。
CMOS工艺流程
以一个N阱CMOS的晶体管电路为例子,来看看如何一步步的加工完整的电路
1.硅晶圆衬底
2.外延层生长
3.堆叠光刻胶
4.阱区掩膜制造
5.阱区光照
6.N+离子注入
7.去除剩余的光刻胶
8.N+离子扩散
9.生长牺牲氧化薄层
10.氮沉积层
11.堆叠光刻胶层
12.源极、漏极、抽头区域掩膜
13.光照
14.去除光照的光刻胶
15.刻蚀掉氮化物层
16.去除多余的光刻胶
17.氧化区域生长
18.去除掉氮化物层和薄氧化层
19.栅极薄氧化层生长
20.多晶硅层堆叠
21.光刻胶层堆叠
22.多晶硅掩膜
23.光照
24.去掉多余的光刻胶
25.研磨去掉多余的硅
26.去掉多余的光刻胶层
27.研磨去掉薄栅氧化层
28.光刻胶层堆叠
29.光照
30.去掉不用的光刻胶层
31.N+离子注入
32.去除光刻胶层
33.堆叠光刻胶层
34.P区域掩膜
35.光照
36.去除不用的光刻胶
37.P+离子注入
38.去除剩余区域
39.P区域和N区域扩散
40.绝缘氧化层堆叠
41.光刻胶层堆叠
42.连接区域掩膜
43.光照后去掉不用区域
44.绝缘氧化层刻蚀
45.去除光刻胶层
46.填充连接孔
47.金属层堆叠
48.光刻胶层堆叠
49.金属层掩膜
50.光照
51.去掉不要的部分
52.刻蚀掉金属层对应部分
53.刻蚀掉光刻胶层
54.堆叠绝缘散热层(完成)
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