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多圖了解芯片實現(xiàn)過程|CMOS工藝

 Leseo 2022-12-01 發(fā)布于湖北

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最近有朋友問我關(guān)于芯片加工實現(xiàn)的過程,具體是如何講電路版上面的芯片電路版圖實現(xiàn)成一顆顆芯片的。其實在之前的光刻機的文章中也簡單的為大家講述過芯片加工中光刻的基本過程,在那篇文章中主要還是介紹光刻機的一些基本知識,對芯片的工藝實現(xiàn)過程講述的比較少。今天,小編就以CMOS的工藝實現(xiàn)為大家簡單的分享一下芯片的加工實現(xiàn)。

光刻

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光刻:實際上就是將我們的電路版圖通過光投射的方式投影到晶圓片上

版圖由代表不同類型“層”的多邊形組成, 每一工藝層上的不同圖形都由光刻工藝完成。

  • 在IC工藝中制作每一層時,都需要用掩模版來確定在什么位置進行摻雜、腐蝕、氧化等。光刻是確定集成電路加工區(qū)域的一種手段。

  • 光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩模版(Mask)上完全對應(yīng)的幾何圖形,從而實現(xiàn)選擇性摻雜、腐蝕、氧化等目的。

  • 集成電路是由多個不同的層構(gòu)成的(阱、擴散/注入?yún)^(qū)、多晶硅、金屬等),每個層的加工過程(從下往上進行),都是由一個完整的光刻工藝過程構(gòu)成。

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光刻工藝流程

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完成掩膜版圖形到硅表面材料層上圖形的轉(zhuǎn)移

  1. 涂膠(勻膠):正膠或負(fù)膠。

  2. 前烘:烘干光刻膠。

  3. 對準(zhǔn)與曝光:使光刻膠發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。

  4. 顯影:未受光照的膠被顯影液溶解掉(負(fù)膠) ,在表面形成膠的光刻窗口。

  5. 堅膜(后烘):保證膠與SiO2層的粘附質(zhì)量。

  6. 刻蝕/注入:工藝層加工

  7. 去膠。

曝光

集成電路的集成度主要由光刻工藝到底能形成多么精細的圖形(分辨率,清晰度),以及與其它層的圖形有多高的位置吻合精度(套刻精度)來決定的。因此,為提高光刻工藝的精度,除利用性能優(yōu)良的光刻膠外,還需要有性能良好的曝光系統(tǒng)。

主要的曝光方式有:

  1. 紫外光為光源的曝光方式: 接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光

  2. 其它曝光方式: X射線曝光、電子束曝光

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刻蝕

用光刻方法制成的微圖形,只是在光刻膠上得到了需要的微圖形,還不是真正的器件結(jié)構(gòu)。因此需將光刻膠上的微圖形轉(zhuǎn)移到膠下面的各層材料上去,這個工藝叫做刻蝕。通常是用光刻工藝形成的光刻膠作掩模對下層材料進行腐蝕,去掉不要的部分,保留需要的部分??涛g技術(shù)可分成兩大類:

  • 溫法刻蝕:進行腐蝕的化學(xué)物質(zhì)是溶液;

  • 干法刻蝕:進行刻蝕的化學(xué)物質(zhì)是氣體。

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CMOS工藝流程

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以一個N阱CMOS的晶體管電路為例子,來看看如何一步步的加工完整的電路

1.硅晶圓襯底

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2.外延層生長

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3.堆疊光刻膠

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4.阱區(qū)掩膜制造

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5.阱區(qū)光照

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6.N+離子注入

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7.去除剩余的光刻膠

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8.N+離子擴散

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9.生長犧牲氧化薄層

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10.氮沉積層

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11.堆疊光刻膠層

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12.源極、漏極、抽頭區(qū)域掩膜

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13.光照

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14.去除光照的光刻膠

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15.刻蝕掉氮化物層

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16.去除多余的光刻膠

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17.氧化區(qū)域生長

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18.去除掉氮化物層和薄氧化層

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19.柵極薄氧化層生長

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20.多晶硅層堆疊

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21.光刻膠層堆疊

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22.多晶硅掩膜

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23.光照

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24.去掉多余的光刻膠

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25.研磨去掉多余的硅

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26.去掉多余的光刻膠層

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27.研磨去掉薄柵氧化層

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28.光刻膠層堆疊

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29.光照

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30.去掉不用的光刻膠層

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31.N+離子注入

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32.去除光刻膠層

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33.堆疊光刻膠層

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34.P區(qū)域掩膜

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35.光照

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36.去除不用的光刻膠

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37.P+離子注入

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38.去除剩余區(qū)域

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39.P區(qū)域和N區(qū)域擴散

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40.絕緣氧化層堆疊

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41.光刻膠層堆疊

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42.連接區(qū)域掩膜

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43.光照后去掉不用區(qū)域

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44.絕緣氧化層刻蝕

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45.去除光刻膠層

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46.填充連接孔

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47.金屬層堆疊

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48.光刻膠層堆疊

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49.金屬層掩膜

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50.光照

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51.去掉不要的部分

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52.刻蝕掉金屬層對應(yīng)部分

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53.刻蝕掉光刻膠層

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54.堆疊絕緣散熱層(完成)

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