第114章 芯片技术
北明有鱼2020-08-29 10:011,989

  首先,将光致抗蚀剂(光敏树脂)滴在硅晶片上,并通过高速旋转均匀地涂覆光致抗蚀剂膜,并在适当的温度下固化光致抗蚀剂膜。

  光刻胶是一种对光,温度和湿度非常敏感的材料。它可以在曝光后改变华雪的特性,这是整个过程的基础。

  下一步是紫外线照射。

  就单个技术过程而言,光刻过程是最复杂且最昂贵的。

  因为光刻模板,透镜和光源共同决定了“印刷”在光刻胶上的晶体管的尺寸。

  将涂有光刻胶的硅片放入该步骤的曝光设备中,然后重复曝光机以“复制”掩模图案。

  掩模具有预先设计的电路图案。紫外线穿过掩模并被特殊透镜折射后,掩模中的电路图案就形成在光刻胶层上。

  一般来说,在硅片上获得的电路图案是掩模上的图案110、15、14,因此,分步重复曝光机也称为“缩小投影曝光设备”。

  有两个因素决定了步进和重复曝光机的性能:一个是光的波长,另一个是透镜的数值孔径。

  如果要减小硅片上晶体管的尺寸,则需要找到波长较短的光(,极紫外)和数值孔径较大的透镜(受透镜材料的影响,存在限制),可以合理使用。

  一部分光刻胶溶解,并且曝光的硅片显影。

  以正性光刻胶为例。喷涂强碱性显影剂后,被紫外线照射的光刻胶将发生华雪反应,并且华雪反应将在溶解于显影剂中而不被照射的碱性溶液的作用下发生。光致抗蚀剂图案将保持完整。

  显影完成后,必须冲洗硅片的表面并将其送入烤箱进行热处理以蒸发水并固化光致抗蚀剂。

  然后进入蚀刻阶段。

  将硅片浸入装有蚀刻剂的特殊蚀刻槽中,以溶解露出的硅片零件,而剩余的光刻胶则保护了不需要蚀刻的零件。

  在此期间,施加超声波振动以加速去除附着在硅片表面的杂质,并防止蚀刻产物残留在硅片表面上并引起蚀刻不均匀。

  下一步是去除光刻胶。

  光致抗蚀剂被氧等离子体灰化以去除所有光致抗蚀剂。

  此时,可以完成为第一层设计的电路图案。

  重复步骤6-8。由于电流晶体管是在3中设计的,因此不可能一次生成所需的图案。你需要重复步骤6-8进行处理。将有各种成膜过程(绝缘膜,金属膜)参与其中,以获得最终的3晶体管。

  接下来是离子注入阶段。

  在特定区域中,有意识地引入特定杂质的过程称为“杂质扩散”。

  除了通过杂质扩散控制导电类型(结,结)外,它还可以用于控制杂质浓度和分布。

  如今,离子注入通常用于杂质扩散。在离子注入机中,将需要掺杂的导电杂质引入电弧室,并通过放电将其离子化。在被电场加速后,具有数十至数千能量的离子束从硅片表面注入。

  离子注入后,硅片需要进行热处理。一方面,使用热扩散原理将杂质进一步“压”入硅中;另一方面,恢复了晶格完整性并且激活了杂质的电性能。

  离子注入法的优点是处理温度低,杂质的注入面积大且均匀,易于控制。因此,它已成为中必不可少的过程。

  再次去除光刻胶。在离子注入完成之后,可以去除在选择性掺杂之后剩余的光刻胶掩模。

  此时,单晶硅内部的硅原子的一小部分已被“杂质”元素取代,从而产生自由电子或空穴。

  绝缘层被处理。此时,晶体管的原型已经基本完成。通过气相沉积在硅晶片的表面上沉积氧化硅膜以形成绝缘层。

  光刻掩模技术还用于在层间绝缘膜中开孔以引出导体电极。

  沉积铜层,通过溅射沉积在硅片的整个表面上沉积用于布线的铜层,并继续使用光刻掩模技术雕刻铜层,以形成场效应晶体管的源极,漏极和栅极。

  最后,在整个硅片表面上沉积绝缘层以保护晶体管。

  构造一个连接晶体管的电路。

  经过漫长的过程,已经制造了数十亿个晶体管。

  剩下的就是如何连接这些晶体管。

  类似地,首先形成铜层,然后进行精细的操作,例如光刻掩膜,蚀刻和开口,然后沉积下一个铜层。

  该过程重复多次,具体取决于芯片晶体管的大小和复制程度。

  结果是极其复杂的多层连接电路网络。

  由于它现在包含各种精制元件和庞大的互连电路,因此结构非常复杂,实际电路层数已达到30层,表面越来越不均匀,并且高度差也很大,因此华雪机械抛光技术的发展。

  每次电路完成时都会对其进行平滑处理。

  另外,为了成功地完成多层三维布线,开发了一种大马士革方法的新布线方法。电镀阻挡金属层后,整体溅射膜,然后去除铜和布线外部的阻挡金属层,以形成完整的布线。

  芯片电路已经基本完成,经历了数百个不同的过程,并且全部基于精细的操作。任何地方的任何错误都将导致整个硅片报废,并且将在100平方毫米以上的硅片上制造数十亿美元。这种晶体管是文明以来人类所有智慧的结晶。

  而且它是如此复杂,并完成了数百个过程,但它是在硅片上刻线,注入导电杂质,并形成开关。

  当前的芯片工艺很简单,也很简单,即硅片雕刻线,注入导电杂质并形成开关。

  这很复杂,也很复杂。如果在厘米级别,则图案雕刻和导电杂质注入很好,但是在纳米级别,完成这些过程非常麻烦。

  但是凌一风从31的处理能力中看到了另一种处理方法。

  没问题,即直接使用31的处理能力刻线,在硅片上注入导电杂质和镀铜。所有这些过程都可以在31之前完成。

  但是前提是凌一风完成31的精确控制。

  半导体研究所,在微雕刻实验室。

  十几位研究人员和工程师正在调试大型仪器。

  半导体研究所制造的原子压印机。

继续阅读:第115章 原子印记

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