今天,我们继续往下讲,说说芯片(晶粒)的制作流程。
这个环节,是芯片制造过程中最难的部分。我尽量讲得通俗易懂一些,也希望大家能耐心看完。
氧化
首先,在切割和抛光后的晶圆上,我们要先做一层氧化。
氧化的目的,是在脆弱的晶圆表面,形成一层保护膜(氧化层)。氧化层可以防止晶圆受到化学杂质、漏电流和刻蚀等影响。
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氧化的工艺,包括热氧化法、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、电化学阳极氧化等。
其中,最常用的是热氧化法,即在800~1200°C的高温下,形成一层薄而均匀的二氧化硅层。
根据氧化时所使用的气体,氧化也分为干法氧化和湿法氧化。
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干法氧化,通过输入纯氧,使其在晶圆表面流动,从硅进行反应,形成二氧化硅层。湿法氧化,是同时使用氧气和高溶解度的水蒸气。
干法氧化的速度慢,但形成的氧化层很薄,而且致密。湿法氧化的速度快,但保护层相对较厚,且密度较低。
目前,干法氧化是半导体制造中的主流技术。湿法氧化更多用于非关键层或特定厚膜需求场景。
光刻(涂胶、前烘、曝光、后烘、显影)
接下来,终于到了最最最重要的环节——光刻。
我们这几年一直耿耿于怀被“卡脖子”的光刻机,就和这个环节有关。
所谓“光刻”,其实简单来说,就是像印刷机一样,把芯片电路图给“刻”在晶圆上。
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光刻可以分为涂胶、曝光、显影三个主要步骤。我们逐一来看。
首先,是涂胶。
这个胶,叫做光刻胶,有时候也叫光阻,是一种光敏材料。
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光刻胶有两种类型:正胶和负胶。
正胶,被特定的光束照射(曝光)之后,分子结构会发生变化,变得容易溶解。负胶,恰好相反,被照射之后,会变得难以溶解。大部分情况,用正胶。
涂胶时,先让晶圆在1000~5000RPM的速度下旋转。然后,将光刻胶少量倒在晶圆的中心。光刻胶会因为离心力的作用,逐渐扩散到整个晶圆的表面,形成一层1到200微米厚的均匀涂层。
涂胶
值得一提的是,光刻胶也是一个技术含量很高的材料。国内使用的大部分光刻胶都来自日本。
涂胶完成后,会对晶圆进行软烤加热,让光刻胶稍微固化一些。这个步骤叫“前烘”。
接着,该光刻机登场了,要进行曝光。