第九十四章 芯片工艺

第九十四章 芯片工艺 (第2/2页)

然后进入蚀刻阶段。
　　
　　将硅片浸入内含蚀刻药剂的特制刻蚀槽内，可以溶解掉暴露出来的硅片部分，而剩下的光刻胶保护着不需要蚀刻的部分。
　　
　　期间施加超声振动，加速去除硅片表面附着的杂质，防止刻蚀产物在硅片表面停留造成刻蚀不均匀。
　　
　　下一步是清除光刻胶。
　　
　　通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理，去除所有光刻胶。
　　
　　此时就可以完成第一层设计好的电路图案。
　　
　　重复第6-8步，由于现在的晶体管已经3DFinFET设计，不可能一次性就能制作出所需的图形，需要重复第6-8步进行处理，中间还会有各种成膜工艺(绝缘膜、金属膜)参与到其中，以获得最终的3D晶体管。
　　
　　接下来是离子注入阶段。
　　
　　在特定的区域，有意识地导入特定杂质的过程称为“杂质扩散”。
　　
　　通过杂质扩散可以控制导电类型(P结、N结)之外，还可以用来控制杂质浓度以及分布。
　　
　　现在一般采用离子注入法进行杂质扩散，在离子注入机中，将需要掺杂的导电性杂质导入电弧室，通过放电使其离子化，经过电场加速后，将数十到数千keV能量的离子束由硅片表面注入。
　　
　　离子注入完毕后的硅片还需要经过热处理，一方面利用热扩散原理进一步将杂质“压入”硅中，另一方面恢复晶格完整性，活化杂质电气特性。
　　
　　离子注入法具有加工温度低，可均匀、大面积注入杂质，易于控制等优点，因此成为超大规模集成电路中不可缺少的工艺。
　　
　　再次清除光刻胶。完成离子注入后，可以清除掉选择性掺杂残留下来的光刻胶掩模。
　　
　　此时，单晶硅内部一小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素，从而产生可自由电子或空穴。
　　
　　绝缘层处理，此时晶体管雏形已经基本完成，利用气相沉积法，在硅晶圆表面全面地沉积一层氧化硅膜，形成绝缘层。
　　
　　同样利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上开孔，以便引出导体电极。
　　
　　沉淀铜层，利用溅射沉积法，在硅片整个表面上沉积布线用的铜层，继续使用光刻掩模技术对铜层进行雕刻，形成场效应管的源极、漏极、栅极。
　　
　　最后在整个硅片表面沉积一层绝缘层以保护晶体管。
　　
　　构建晶体管之间连接电路。
　　
　　经过漫长的工艺，数以十亿计的晶体管已经制作完成。
　　
　　剩下的就是如何将这些晶体管连接起来的问题了。
　　
　　同样是先形成一层铜层，然后光刻掩模、蚀刻开孔等精细操作，再沉积下一层铜层。
　　
　　这样的工序反复进行多次，这要视乎芯片的晶体管规模、复制程度而定。
　　
　　最终形成极其复杂的多层连接电路网络。
　　
　　由于现在IC包含各种精细化的元件以及庞大的互联电路，结构非常复杂，实际电路层数已经高达30层，表面各种凹凸不平越来越多，高低差异很大，因此开发出CMP化学机械抛光技术。
　　
　　每完成一层电路就进行CMP磨平。
　　
　　另外为了顺利完成多层Cu立体化布线，开发出大马士革法新的布线方式，镀上阻挡金属层后，整体溅镀Cu膜，再利用CMP将布线之外的Cu和阻挡金属层去除干净，形成所需布线。
　　
　　芯片电路到此已经基本完成，其中经历几百道不同工艺加工，而且全部都是基于精细化操作，任何一个地方出错都会导致整片硅片报废，在100多平方毫米的硅片上制造出数十亿个晶体管，是人类有文明以来的所有智慧的结晶。
　　
　　而弄得这么复杂，几百道工序下来，不过是为了在硅片上面，雕刻纹路，注入导电杂质，形成开关。