芯片制造的10个关键步骤
来源:ASML 万物智能视界 微信公众号 浏览次数: 发表日期:2021-06-21

制造芯片需要在晶圆片上不断累加图案,这些图案纵向连接,可达100多层。芯片的制造包含数百个步骤,从设计到量产可能需要四个月的时间。在晶圆厂的无尘室里,珍贵的晶圆片通过机械设备不断传送,整个过程中,空气质量和温度都受到严格控制。芯片是如何制作出来的?

芯片制造的关键工艺(10大步骤)

芯片制造的关键工艺(10大步骤)

1.沉积

制造芯片的第一步,通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。材料可以是导体、绝缘体或半导体。

图片

2.光刻胶涂覆

进行光刻前,首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”或“光阻”,然后将晶圆放入光刻机。

图片

3.曝光

在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。晶圆放入光刻机后,光束会通过掩模版投射到晶圆上。光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻胶涂层上。在光束的照射下,光刻胶发生化学反应,光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。

图片

4.计算光刻

光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变,因此需要事先对掩模版上的图案进行调整,确保最终光刻图案的准确。ASML将现有光刻数据及圆晶测试数据整合,制作算法模型,精确调整图案。

图片

5.烘烤与显影

晶圆离开光刻机后,要进行烘烤及显影,使光刻的图案永久固定。洗去多余光刻胶,部分涂层留出空白部分。

image.png

6.刻蚀

显影完成后,使用气体等材料去除多余的空白部分,形成3D电路图案。

图片

7.计量和检验

芯片生产过程中,始终对晶圆进行计量和检验,确保没有误差。检测结果反馈至光刻系统,进一步优化、调整设备。

图片

8.离子注入

在去除剩余的光刻胶之前,可以用正离子或负离子轰击晶圆,对部分图案的半导体特性进行调整。

图片

9.视需要重复制程步驟

从薄膜沉积到去除光刻胶,整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。而要在晶圆片上形成集成电路,完成芯片制作,这一流程需要不断重复,可多达100次。

图片

10.封装芯片

最后一步,切割晶圆,获得单个芯片,封装在保护壳中。这样,成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了!

图片

迷你摩天大楼

正如上文提到的“视需要重复制程步骤”,现代芯片的结构可多达100层,需要以纳米级的精度相互叠加,这精度又称为套刻精度”。芯片上光刻的各层图案大小不一,这意味着,光刻各层图案需要用到不同设备。ASML的DUV深紫外线光刻机有数种不同的机种,适合最小图案的关键性光刻需求以及普通图案的正常光刻。

image.png

多干净才干净?

要知道,无论灰尘或异物如何微小,一旦落到晶圆上,都会损坏芯片。何况现代芯片有些需要经历几十甚至上百层的制程,如何保证芯片生产的良率,晶圆厂的清洁度至关重要。

无尘室到底有多洁净?

比我们日常生活的空间要干净10,000倍左右!大多数芯片制造商的 “ISO 1级”无尘室都能做到几乎“零粉尘”,具体来说,在每立方米空气中,100到200纳米的颗粒不超过10个,且没有大于200纳米的颗粒。相比之下,一家干净的现代医院里,每立方米空气中含有粉尘颗粒约10,000个,这差距可不是一点点。

image.png

无尘室内的空气不断过滤、循环。员工需要穿着特殊的工作服(又称“兔子服”),维持零粉尘的工作环境。

各类芯片制造模式

IDMs是指同时设计并制造芯片,代表企业包括英特尔和三星。Foundries则是根据合同为其他公司制造芯片,代表企业包括台积电、格芯和联电。而Fabless自身不设晶圆厂,如高通、英伟达和超微半导体。他们专注芯片设计,不涉及生产设施建设和维护,从而避免高昂的成本。这些公司可能将生产外包给代工厂。





版权所有(C)中国机械工程学会极端制造分会 备案号: 蜀ICP备12029719号-5

点击关闭