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芯片制造

芯片的生產(chǎn)從用戶需求開始，經(jīng)過設計、制造、封裝、成品測試到最后出廠。其中技術(shù)難度最高的是設計和制造。設計需要大量的計算機輔助設計軟件，設計費時很長，要設計出好產(chǎn)品，需要積累大量的經(jīng)驗。目前，大部分產(chǎn)品都是在原先設計的版本上翻新的。芯片制造是芯片生產(chǎn)中投資最大的部分，一個技術(shù)領先的芯片制造廠，沒有幾十億美元是不可能制造出產(chǎn)品的。除了投資巨大之外，還必須有大量的有經(jīng)驗的技術(shù)人員才能研發(fā)出好的制造流程。

芯片制造一般有五個重要步驟：一是光刻（Photolithography）；二是刻蝕（Etch）；三是薄膜沉積（Deposition）；四是擴散（Diffusion）；五是離子注入（Ion Implantation）。

一、光刻

光刻和傳統(tǒng)的照相相似，先在晶圓上涂上光刻膠（Photo Resistor），然后曝光掩膜板（Mask），顯影光刻膠（Develop），再刻蝕曝光過的區(qū)域。于是，晶圓上就留出了刻蝕或離子注入的區(qū)域。光刻工藝主要用于定義硅晶圓上的幾何圖案。

1、涂覆光刻膠

在晶圓上繪制電路的第一步是在氧化層上涂覆光刻膠。光刻膠通過改變化學性質(zhì)的方式讓晶圓成為“相紙”。晶圓表面的光刻膠層越薄，涂覆越均勻，可以印刷的圖形就越精細。這個步驟可以采用“旋涂”方法。

根據(jù)光（紫外線）反應性的區(qū)別，光刻膠可分為兩種：正膠和負膠，前者在受光后會分解并消失，從而留下未受光區(qū)域的圖形，而后者在受光后會聚合并讓受光部分的圖形顯現(xiàn)出來。

2、曝光

在晶圓上覆蓋光刻膠薄膜后，就可以通過控制光線照射來完成電路印刷，這個過程被稱為“曝光”。我們可以通過曝光設備來選擇性地通過光線，當光線穿過包含電路圖案的掩膜時，就能將電路印制到下方涂有光刻膠薄膜的晶圓上。

3、顯影

曝光之后的步驟是在晶圓上噴涂顯影劑，目的是去除圖形未覆蓋區(qū)域的光刻膠，從而讓印刷好的電路圖案顯現(xiàn)出來。顯影完成后需要通過各種測量設備和光學顯微鏡進行檢查，確保電路圖繪制的質(zhì)量。

二、刻蝕

用物理的、化學的或同時使用化學和物理的方法，有選擇地把沒有掩膜保護的那一部分材料去除，從而得到與掩膜一致的圖形，實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移。

刻蝕的方法主要分為兩種，取決于所使用的物質(zhì)：使用特定的化學溶液進行化學反應來去除材料的濕法刻蝕，以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

1、濕法刻蝕

利用特定溶液與未受保護部分的材料進行化學反應，形成可溶物質(zhì)溶解在溶液中，從而使材料從表面逐層清除

2、干法刻蝕

干法刻蝕可以分為物理性刻蝕、化學性刻蝕、物理化學結(jié)合（反應離子刻蝕）三種。

三、薄膜沉積

薄膜淀積是把物質(zhì)沉積在晶圓表面上。有化學氣相淀積（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理氣相淀積（Physical Vapor Deposition，PVD）等方法。化學氣相淀積是把幾種氣體注入硅晶圓之上，進行化學反應后物質(zhì)淀積在晶圓上。物理氣相淀積把一個個原子淀積在硅晶圓上，它是從固相到氣相再到固相的過程。

1、化學氣相淀積

在化學氣相沉積中，前驅(qū)氣體會在反應腔發(fā)生化學反應并生成附著在晶圓表面的薄膜以及被抽出腔室的副產(chǎn)物。

2、物理氣相淀積

物理氣相沉積是指通過物理手段形成薄膜。濺射就是一種物理氣相沉積方法，其原理是通過氬等離子體的轟擊讓靶材的原子濺射出來并沉積在晶圓表面形成薄膜。

四、擴散

擴散在芯片制造中有兩個作用：一是產(chǎn)生氧化層，產(chǎn)生氧化層的溫度為800～1200℃，二是在高溫下把雜質(zhì)注入硅晶圓或激活。

五、離子注入

離子注入就是把晶圓作為一個電極，在離子源和晶圓之間加上高電壓，于是那些摻雜離子就會以極高的能量打入晶圓，在晶圓上形成N或P型區(qū)域。離子注入后必須對晶圓進行高溫退火（Anneal）從而修復離子注入后晶圓的損傷。離子注入主要用于制造不同的半導體區(qū)域（N區(qū)或P區(qū)見下圖）。

審核編輯 黃宇