新闻风向标制造芯片的关键步骤是什么

五连环画

光刻胶比较常用于半导体制造，因为它可以达到更高的分辨率，成为光刻阶段的更好选择。如今，世界上许多生产半导体光刻胶。光刻机的光学系统（DUV系统的透镜）缩小了模板上设计的电路图案，并将光刻胶集中在晶圆上。近年来，在移动互联网技术不断发展、消费电子产品制造水平提高和居民收入水平增加等因素的驱动下，消费电子元器件行业呈现蓬勃发展的态势。

在智能手机等众多数字产品的更新迭代中，B-12-5技术的变化悄然发生。苹果A15仿生芯片等尖端芯片正在使更多的创新技术成为可能。现代数字产品的强大性能，如智能手机、个人电脑和游戏机，主要来自非常小但足够复杂的技术产品——芯片。世界被芯片包围：2022年，世界生产了1万亿多个芯片，相当于地球上每个人拥有和使用130个芯片。然而，即便如此，比较近的芯片短缺仍然表明，这个数字还没有达到上限。虽然芯片可以如此大规模地生产，但生产芯片并不容易。制造芯片的过程非常复杂。芯片制造六个关键步骤：沉积、光刻胶涂覆、光刻、刻蚀、离子注入和封装。


1、沉积


沉积步骤从晶圆开始。晶圆从9999%的纯硅圆柱体(也称硅锭)上切下，打磨非常光滑，然后根据结构要求在晶圆上沉积导体、绝缘体或半导体材料膜，从而在晶圆上打印首层。这一重要步骤通常称为沉积。随着芯片越来越小，在晶圆上打印图案越来越复杂。沉积、腐蚀和光刻技术的进步是芯片减少和促进摩尔定律延续的关键。这包括使用新材料使沉积过程更准确的创新技术。


2、光刻胶涂覆


晶圆将涂上光敏材料光刻胶（也称为光阻）。光刻胶也分为正光刻胶和负光刻胶。正负光刻胶的主要区别在于材料的化学结构和光刻胶对光的反应。对于正光刻胶，暴露在紫外线下的区域会改变结构，更容易溶解，并为腐蚀和沉积做好准备。相反，负光刻胶会聚集在光区，使其更难溶解。正光刻胶比较常用于半导体制造，因为它可以达到更高的分辨率，成为光刻阶段的更好选择。如今，世界上许多生产半导体光刻胶。


3、光刻


光刻在芯片制造过程中非常重要，因为它决定了芯片上的晶体管有多小。在这个阶段，晶圆将被放置在光刻机中（是的，ASML生产的产品），并暴露在深紫外线下（DUV）。大多数时候，它们的精度比沙小几千倍。光通过模板投到晶圆上。光刻机的光学系统（DUV系统的透镜）缩小了模板上设计的电路图案，并将光刻胶集中在晶圆上。正如前面所说，当光照到光刻胶上时，会发生化学变化，并在光刻胶涂层上打印模板上的图案。使曝光图案完全正确是一项棘手的任务，在这个过程中可能会出现粒子干扰、折等物理或化学缺陷。这就是为什么有时我们需要修改模板上的图案来化比较终的曝光图案，使印刷图案成为我们所需要的。通过计算光刻，我们的系统将算法模型与光刻机和测试晶圆的数据相结合，生成与比较终曝光完全不同的模具设计，但这正是我们想要现的，因为只有这样我们才能获得所需的曝光模式。


4、刻蚀


下一步是去除退化的光刻胶，以显示预期的图案。在蚀刻过程中，晶圆被烘烤和显示，一些光刻胶被洗掉，以显示开放通道的3D图案。蚀刻过程必须准确、一致地形成导电特性，而不影响芯片结构的完整性和稳定性。先进的蚀刻技术使芯片制造商能够使用两倍、四倍和基于间隔的图案来创建现代芯片设计的小尺寸。蚀刻也分为干燥和湿度。干蚀刻使用气体来确定晶圆上的暴露图案。湿蚀刻用化学方法清洗晶圆。芯片有几十层，因此必须仔细控制蚀刻，以免损坏多层芯片结构的底部。如果蚀刻的目的是在结构中创建一个空腔，则需要确保空腔的深度完全正确。3DNAND等175层芯片设计尤为重要和困难。


5、离子注入


一旦图案刻在晶圆上，晶圆就会受到正离子或负离子的轰击，以调节某些图案的导电性。硅原料作为晶圆材料，既不是完美的绝缘体，也不是完美的导体。硅的导电性介于两者之间。将带电离子引导到硅晶体中，可以控制电流，从而创建芯片基本部件的电子开关晶体管，即离子，也称为离子注入。离子层后，去除剩余的光刻胶，以保护腐蚀区域。


6、封装


在晶圆上制造芯片需要数千个过程，从设计到生产需要个多月。从晶片上取出芯片，用钻石锯切割成单个芯片。这些被称为裸体晶片的芯片是从12英寸晶片中分离出来的。12英寸晶片是半导体制造中比较常用的尺寸。由于芯片的大小不同，一些晶片可以包含数千个芯片，而另一些晶片只包含数十个芯片。这些裸体晶体随后放置在基板上——基板使用金属箔将裸体晶体的输入和输出信号引导到系统的其他部分。然后我们将用均热片覆盖它。均热片是一种装有冷却液的小型扁平金属保护容器，以确保芯片在运行中冷却。


结语


现在，芯片已经成为你智能手机、电视、平板电脑和其他电子产品的一部分。它可能只有拇指大小，但一个芯片可以包含数十亿个晶体管。例如，苹果的A15仿生芯片每秒包含150亿个晶体管和158万亿次。当然，半导体制造涉及的步骤远不止这些。芯片还需要量测、测试、电镀等环节。在成为电子设备的一部分之前，每个芯片都要经历这样的过程。