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晶片製造|光刻技術與基本流程
時間:2023-07-24
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MOSFET製造工藝跟其他積體電路的晶片製造工藝大同小異、在晶圓製造的基礎上、首先那就是要有人們常說的光。

那麼你知道這無形的光是如何製作出一枚精緻小巧的晶片嗎?而它又是如何通過這光刻機制作出來的?

這次讓我們來講解一下。在晶片製造前道工藝中重要環節——光刻技術。

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首先我們需要知道半導體製造的三大核心工藝是光刻、等離子刻蝕和氣相薄膜沉積,其中光刻的主要作用是將印製於掩膜板上的電路圖複製到襯底晶圓顆粒

上,為下一步進行刻蝕或者離子注入工序做好準備。

所謂光刻技術,顧名思義是用光這一介質來進行雕刻技術。光在其中起到重要作用的最大原因是因為它的速度夠快。對於製造晶片的廠家而言,極高的速度才能獲得對應技術的要求和產能。而用來駕馭光 進而刻制出晶片的重要載體,就是光掩模、光刻機與光刻膠。

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什麼是光掩模?

光掩模是用於LSI等積體電路製造工序的重要器件。在透明玻璃板表面的遮光膜上蝕刻加工了非常微細的電路圖案,成為對矽晶圓複刻電路時的原版。將光掩模上的圖案縮小投射到矽晶圓上,形成微細的圖案。

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光刻機又名掩膜對準曝光機,通過名稱我們可以簡單理解到它與光掩模存在相關聯繫。

沒錯,光刻機的工作原理是通過一系列的光源能量、形狀控制手段,將光束透射過畫著線路圖的掩模,經物鏡補償各種光學誤差,將線路圖成比例縮小後映射到矽片上。然後使用化學方法顯影,得到刻在矽片上的電路圖。

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關於光刻膠

光刻膠是由感光樹脂、增感劑和溶劑三種主要成分構成的對光敏感的混合液體,通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射後,其溶解度發生變化的耐蝕劑刻薄膜材料,可在光刻工藝過程中起到抗腐蝕塗層材料的作用。

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簡單解釋,光刻膠就是能把光影化轉化成實際電路。光照後產生疲軟會形成不可溶物質的是負性膠;反之,對某些溶劑是不可溶的,經光照後產生疲軟,繼而變成可溶物質的即為正性膠。

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那我們是如何利用光刻技術製造出晶片的呢?下圖為大家展示光刻晶片的步驟:

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在完成以上步驟以後,就可以進行下一階段的步驟,即氣相刻蝕和氣相沉積。刻蝕與沉積都是晶片製造過程中的重要工序,這兩塊會在後續為大家進行詳細講解。

因此,通過上面的步驟我們可以瞭解到,光刻在狹義上刻的並不是矽片,而是矽片上的這一層光刻膠。通過刻制好的光刻膠,再進行下一步的刻蝕與沉積,才能對矽片進行刻制與後道工藝的加工。

每一次的刻蝕、沉積與離子注入步驟前,都需要進行光刻步驟,所以,光刻是晶片製造中一切工序的根基,它佔據著整套工序大部分時間和成本。

總而言之,用光刻機制造出晶片,是一個高度精密的工藝過程。它需要嚴密的技術操作和專業設備的支持。光刻技術是促進積體電路及相關產業發展的關鍵工藝,光刻技術的疊代升級大大提高了晶片的計算速度和存儲量,在工業控制、航空航太、國防科技、新能源、智慧城市等重要技術領域、得到廣泛的應用。

我們要相信,只要成功掌握了方法和技術,製造出高質量的晶片將不再是難以實現的事情。

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