芯片制造流程简介


为什么造芯片比造原子弹还难?看了本文介绍的芯片制造流程你就明白了。想要制造芯片,首先需要制造的就是晶圆,制造晶圆需要将沙子在1800度左右的高温下融化,经过精炼去除杂质后。放入硼,硼这种元素加入后,可以改变晶圆导电性,然后继续加热,并向液态硅中放入籽晶。当籽晶与高温的液态硅接触时,液态硅表面的温度会瞬间下降,当籽晶不断旋转上拉时,液态硅就会粘在籽晶身上,并不断凝固,最终就能得到一个高纯度的硅锭了。接着将硅锭切割成一块块厚度小于一毫米的晶圆。切割后的晶圆表面并不平整,还需要进行打磨,抛光等一系列工序,之后就得到一块极其平整的硅晶圆了。
由于晶圆非常娇贵,为了避免污染。还需要加上一层氧化膜,这就需要用氧化设备对硅片进行氧化。晶片每25张装在一个盒子内,然后自动机械手将晶片送入氧化设备内,机械臂再将晶片放入相应的位置上,接着开始进行氧化。首先需要向设备内部注入氧气,晶片周围加热线圈会不停的释放热量。达到一定温度,氧原子就会与晶圆表面进行反应,形成一层绝缘的二氧化硅。
接下来就是光刻了,这也是芯片制造最难的步骤,光刻之前需要进行涂胶。首先将制造好的硅晶圆转移到涂胶设备上,借助机器旋转的离心力,在晶圆上均匀的涂上一层光刻胶。涂胶完成后,接下来就是光刻环节了,一台EUV光照射到底部晶圆的光刻胶上。
光掩膜跟丝网喷印的原理一样,上面刻有集成电路图形,当光线穿过光掩膜时,就会将光掩膜上的电路图形雕刻到光刻胶上,在光的照射下。光刻胶上的化学物质开始发生反应,见光的地方光刻胶会变成可溶解状态,接下来要做的就是显影。直接将晶圆浸泡在显影溶液中,可溶解状态的光刻胶就会被冲洗掉,而不见光的光刻胶部分则留了下来。
但是通过显影,电路图还只是停留在光刻胶层面.怎么将电路雕刻在晶片上面呢?这就要用到刻蚀。最常用的刻蚀是干法刻蚀,一台蚀刻机经显影处理后的晶片放入进去,接着将四氟化碳和氧气、铱等离子体的形式放入石刻机内部。等离子体会与晶片表面发生化学反应,而有光刻胶的地方则不会发生反应。这样一来,掩膜上的图形就被雕刻到晶片上。
但是新雕刻的地方氧化膜被蚀刻掉了怎么办呢?这就要用到芯片沉积技术了,首先将晶圆转移到沉积设备上。然后通入四氢化硅气体,并施加等离子体控制反应气压和温度,这样氢原子就会自动脱离,只留下硅原子沉积下来,通过反应后就能生成一层保护规模了。另外,为了提高芯片的电学性质,还需要进行离子注入。用高能量的电场将离子加速后直接打入晶圆内部,离子注入就完成了。
到目前为止,我们已经在晶圆上盖了很多房子,怎么将它们连通呢?这就要进行金属填充,而芯片有上百亿这样的房子需要连通。内部宛如一座超大型城市,真实的芯片制造远远比这复杂很多倍,有着非常多的工艺,而且所有工艺都是在纳米级别的空间进行操作,这些工艺交叉重复完成,最终制造出整个晶圆。
然后将晶圆切割成一个个小芯片,接着进行封装测试,测试通过芯片就能安装在电子产品的PCB上了。
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