芯片是如何制造的？（2）_专业集成电路测试网-芯片测试技术-ic test

半导体工艺制程技术由双极型工艺，发展至PMOS工艺技术，NMOS工艺技术，但都存在功耗的问题，最后进化到低功耗的CMOS技术，而CMOS技术变成现在工艺主流，但随着应用环境的发展，又进化BICMOS， BCD , HV-CMOS工艺。

CMOS 就是将NMOS和PMOS制造在同一个芯片上组成电路，利用互补对称电路来配置连接PMOS，NMOS，组成逻辑电路，其电路静态功耗为0。CMOS工艺组成的反相器，只有在低电平（VSS），高电平（VDD）相互转换的瞬间才会同时2导通NMOS和PMOS，在VDD和VSS之间产生电流，产生功耗，其静态功耗为0.

离子束光刻
CMOS集成电路制造工艺主要有以下几步:

1.图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上

2.掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等

3.制膜：制作各种材料的薄膜.

一 . 光刻

其中，图形转化需要用到的技术，就是光刻技术：n光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。

1）光刻理论

· 瑞利（Rayleigh）公式

2) 光刻三要素

光刻胶、掩膜版和光刻机

光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。

光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变。

3）常见的光刻方法：

接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。

接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25微米)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低

投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式

4）超细线条光刻技术

EUV ：随着芯片制程的缩小，EUV光刻机成为了研究的热点。它的波长更短，可以满足更精细的电路图案需求。预计未来，EUV光刻机将广泛应用于7nm及以下制程的芯片生产。

电子束光刻：电子束光刻机利用电子束而非光学束进行曝光，具有更高的分辨率和更短的波长。随着纳米制造需求的增长，电子束光刻机有望成为一种极具潜力的光刻技术。

X射线：X射线光刻机具有更短的波长和更高的能量，有望实现更精细的图案转移。然而，X射线光刻机的技术难度较大，目前仍处于研究阶段。

离子束光刻机利用离子束而非光学束或电子束进行曝光，具有更高的分辨率和更深的曝光深度。这项技术仍处于起步阶段，但有望在未来实现重要突破。

光刻技术的进步，决定了芯片制造是否可以更高分辨，更加精细，提升光刻技术，这为集成电路的制造提供了更多的可能性，使得芯片可以具备更高的性能和更复杂的功能。从计算机、智能手机到人工智能芯片，光刻技术的进步推动了新一代电子设备的发展和创新。

二.氧化

除了光刻，芯片制造不可或缺的一步就是氧化工艺，氧化的作用是制备SiO2层，SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只与氢氟酸发生化学反应，那么在CMOS电路的制造过程中，SiO2起到什么作用呢，主要有以下几个方面 :

· 1.在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，器件的组成部分，如Gate OX，即栅氧化层。它直接影响器件的阈值电压，饱和电流，栅极漏电流，栅极击穿电压和器件的可靠性。通过热氧化工艺可以形成高质量的栅氧化层，其热稳定性和界面态都非常好。

· 2.扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用，作为阻挡层，离子注入前生长Sec OX，修复刻蚀时的损伤，并防止离子注入隧道效应，隔离衬底硅和光刻胶，防止光刻胶中有机物与硅表面接触污染。

· 3.作为集成电路的隔离介质材料

· 4.作为电容器的绝缘介质材料

· 5.作为多层金属互连层之间的介质材料

· 6.作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料

那么SiO2在集成电路工艺流程中如何制备呢？主要有以下几种方法：

· 1.热氧化法

1.干氧氧化： 反应式为 Si + O2 = SiO2 ，由干氧工艺的OX，结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好；但缺点是生长速率较慢，故比较适合制备超薄栅极氧化层。

2.水蒸汽氧化

湿氧氧化：反应式为：2H2 + O2 = 2 H2O ，Si + 2 H2O = SiO2 + 2H2， Si + O2 = SiO2，湿氧氧化通常用于较厚氧化膜的生长，反应生成的氢分子会束缚在固态SiO2层内，其氧化膜密度比干氧小；

3.干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法

4.氢氧合成氧化

· 化学气相淀积法

· 热分解淀积法

· 溅射法

在芯片制造过程中，主要用来进行氧化的仪器是立式炉管，其原理是电能转化为热能，为氧化工艺提供热量。

氧化机理主要分为三步：

1.吸附：

02,H20分子吸附在硅片表面

2.扩散：
02,H20分子扩散进行氧化层

3.反应：
在界面处反应，形成新的Si-O键

热氧化形成SiO2时，会消耗相当于SiO2膜厚46%的硅。

00001. 氧化层厚度与氧化时间的关系式为：

• 氧化层足够薄（<150Å）氧化时间短时，可忽略二次项，此时为线性关系，B/A为线性氧化速率常数；

• 氧化层足够厚（>150Å）氧化时间长时，可忽略一次项，此时为抛物线关系，B为抛物线氧化速率常数。

2. 氧化的两个阶段

• 表面反应控制阶段：SiO2生长的初始阶段，氧化层较薄，SiO2的生长速率即氧化层生长的快慢主要由硅表面上化学反应的快慢来决定，故称为表面反应控制阶段，它是线性阶段。

• 扩散控制阶段：氧化生长的第二阶段，氧化层足够厚，SiO2的生长速率主要由氧化剂在氧化层中的扩散系数来决定，即氧化层生长的快慢主要取决于氧化剂在氧化层中扩散的快慢，故称为扩散控制阶段，它是抛物线阶段。

3. 氧化速率影响因素：

· 温度:氧化速率随温度增大而增大：当氧化时间很短或氧化温度较低时，处于线性氧化阶段，温度对氧化速率的影响主要由其对反应速率常数的影响决定的；当氧化时间较长或氧化温度较高时，处于抛物线氧化阶段，温度对氧化速率的影响主要由其对扩散速率常数的影响决定。

· 压力:氧化速率随压力增大而增大

· 硅衬底晶向:氧化速率(100)晶向略小于(111)，

· 掺杂元素和浓度:重掺杂的硅比轻掺杂的氧化速率快

搜索

热门标签: