大家好,您是否曾好奇过芯片内部的构造是怎样的呢?
A. 有人或许会想象在小米上刻字的方式。
B. 亦或是将目光投向自然界的树根,想象其上的镂空雕刻。
C. 实际上,芯片的内部结构更接近于这样:如同PCB版图的印刷,电子器件在电路板平面上相互连接。
D. 确切地说,芯片的结构类似于一个立体的PCB。最底部是众多晶体管的密集排列,它们通过金属导线,构建起一个立体的连接网络。下图便是这一过程的展示。
这样的结构设计精妙,颇有建筑学之风采。在这其中,晶体管的制作部分即为前段工艺(FEOL),而从金属连接的(Contact)部分开始则进入后段工艺(BEOL)的范畴。金属制程的引入是区分前后段工艺的重要标志。
那么,让我们更深入地探索一下。现在来谈谈如何建立起最底层的晶体管。这里给大家分享一下芯片制造过程中的基本工艺流程。
从P型硅片开始,进行高温氧化工艺。这个过程会在硅片表面生成一层薄薄的Si3N4薄膜层(Film)。
随后,在Si3N4上均匀涂上一层光刻胶。
利用掩膜版(也称为光罩/Reticle)上的图案,我们进行曝光和显影的工艺步骤,刻出有源区域。
然后进行刻蚀处理,将光刻胶覆盖的部分进行精确刻蚀。
接下来是栅氧化过程,即在的硅表面生成一层严格控制的SiO2层。
在淀积多晶硅后,对多晶硅进行刻蚀,以形成栅极和互连线路的图案。
通过离子注入技术,将磷或砷离子注入多晶硅中,使其成为离子注入的掩膜(自对准),进而形成MOS管的源区和漏区。这个过程也掺杂了多晶硅,降低了其电阻率。
接着,在整体结构上覆盖一层SiO2,并刻出与源区和漏区相连的接触孔。
随后将铝或其他金属蒸镀上去,并刻出电极及互连线路。
之后便是我们熟知的CMP(化学机械研磨)、WAT(晶圆电性测试)以及OQC(出货检验)等工艺流程。
实际上,芯片的制造过程远比这复杂得多,步骤可能少则几百步,多则数千步。但都是基于上述步骤进行循环和精细化操作。