芯片一般是指集成电路的载体,也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果,通常是一个可以立即使用的独立的整体。

光刻机在什么东西上刻芯片(为什么在芯片制造中具有不可替代的作用)(1)

在设计完成芯片之后,晶圆加工厂在一块大晶圆上进行芯片加工。

1、湿洗

2、光刻

3、 离子注入

4.1、干蚀刻

4.2、湿蚀刻

5、等离子冲洗

6、热处理,其中又分为:

6.1 快速热退火 (就是瞬间把整个片子通过大功率灯啥的照到1200摄氏度以上, 然后慢慢地冷却下来, 为了使得注入的离子能更好的被启动以及热氧化)

6.2 退火

6.3 热氧化 (制造出二氧化硅, 也即场效应管的栅极(gate) )

7、化学气相淀积(CVD),进一步精细处理表面的各种物质

8、物理气相淀积 (PVD),类似,而且可以给敏感部件加coating

9、分子束外延 (MBE) 如果需要长单晶的话就需要。

10、电镀处理

11、化学/机械表面处理

12、晶圆测试

13、晶圆打磨就可以出厂封装了。

这些工艺中主要使用到的设备有扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备、化学机械抛光机和清洗机。

其中光刻非常重要,光刻是在晶圆上印制芯片电路图形的工艺,是集成电路制造的最关键步骤,在整个芯片的制造过程中约占据了整体制造成本的35%。

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光刻也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因,如果没有光刻技术的进步,集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。

蚀刻就是是利用化学感光材料的光敏特性 , 在基体金属基片两面均匀涂敷感光材料 ; 采用光刻方 法 , 将胶膜板上栅网产品形状精确地复制到金属基片两面的感光层(掩膜 )上 ; 通过显影去除未感光部分的掩膜 , 将裸露的金属部分在后续的加工中与腐蚀液直接喷压接触而被蚀除,最终获取所需的几何形状及高精度尺寸的产品 。

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简单来说,光刻就是把集成电路在晶圆上印出来,而蚀刻就是把印好的集成电路雕出来。这两者在芯片制造中都具有不可替代的作用。

刻蚀工艺包括5个步骤:

1、刻蚀过程开始与等离子体刻蚀反应物的产生;

2、反应物通过扩散的方式穿过滞留气体层到达表面;

3、反应物被表面吸收;

4、通过化学反应产生挥发性化合物;

5、化合物离开表面回到等离子体气流中,接着被抽气泵抽出

刻蚀工艺分为湿法腐蚀和干法刻蚀,在大规模集成电路制造中,湿法腐蚀正被干法刻蚀所替代,这是因为湿法腐蚀技术具有以下的缺点,所以一般用在低端产品上:

(1)湿法腐蚀是各向同性,干法可以是各向异性

(2)干法腐蚀能达到高的分辨率,湿法腐蚀较差

(3)湿法腐蚀需大量的腐蚀性化学试剂,对人体和环境有害

(4)湿法腐蚀需大量的化学试剂去冲洗腐蚀剂剩余物,不经济

干法刻蚀一般是能量束刻蚀,离子束、电子束、激光束等等,精度高,无污染残留,现在芯片制造用的就是等离子刻蚀。

在集成电路制造过程中需要多种类型的干法刻蚀工艺,应用涉及硅片上各种材料。按材料来分,刻蚀主要分成三种:金属刻蚀、介质刻蚀、和硅刻蚀,它们彼此的应用并不相同,不能互相替代。所以蚀刻机也分为三大类,分别是介质刻蚀机(CCP 电容耦合)、硅刻蚀机(ICP 电感耦合)、金属刻蚀机( ECR 电子回旋加速振荡)。

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整体看硅刻蚀最难,其次介质刻蚀,最简单的是金属刻蚀。研发刻蚀机最难的就是如何让电场能量和刻蚀气体都均匀地分布在被刻蚀基体表面上,以保证等离子中的有效基元,在晶片表面的每一个位置实现相同的刻蚀效果,为此需要综合材料学、流体力学、电磁学和真空等离子体学的知识。

中国目前刻蚀机研发中,处于世界领先水准,其中中微半导体的已经造成5nm介质刻蚀机,供货给台积电,值得一提的是,中微半导体也是唯一进入台积电7nm制程蚀刻设备的大陆本土设备商。据悉,中微半导体与台积电在28nm制程时便已开始合作,并一直延续到10nm和7nm制程。中微尹志尧博士的团队在气体喷淋盘上耗费了很大精力去钻研。另外包括功率电源、真空系统、刻蚀温度控制等,这些都影响刻蚀结果。

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北方华创在硅刻蚀、金属刻蚀上达到了世界主流水平,目前在攻克7nm刻蚀设备。

也希望其他的厂商也可以不断努力,在芯片制造设备上赶超世界。

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