芯片刻蚀技术(芯片刻蚀技术有哪些)

2022-12-17 19:33:03 基金 ketldu

刻蚀技术的工艺分类

刻蚀还可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。

蚀刻的机制,按发生顺序可概分为「反应物接近表面」、「表面氧化」、「表面反应」、「生成物离开表面」等过程。所以整个蚀刻,包含反应物接近、生成物离开的扩散效应,以及化学反应两部份。整个蚀刻的时间,等于是扩散与化学反应两部份所费时间的总和。二者之中孰者费时较长,整个蚀刻之快慢也卡在该者,故有所谓「reaction limited」与「diffusion limited」两类蚀刻之分。 最普遍、也是设备成本最低的蚀刻方法。其影响被蚀刻物之蚀刻速率 (etching rate) 的因素有三:蚀刻液浓度、蚀刻液温度、及搅拌 (stirring) 之有无。定性而言,增加蚀刻温度与加入搅拌,均能有效提高蚀刻速率;但浓度之影响则较不明确。举例来说,以49%的HF蚀刻SiO2,当然比BOE (Buffered-Oxide- Etch;HF:NH4F =1:6) 快的多;但40%的KOH蚀刻Si的速率却比20%KOH慢! 湿蚀刻的配方选用是一项化学的专业,对于一般不是这方面的研究人员,必须向该化学专业的同侪请教。一个选用湿蚀刻配方的重要观念是「选择性」(selectivity),意指进行蚀刻时,对被蚀物去除速度与连带对其他材质 (如蚀刻掩膜;etching mask, 或承载被加工薄膜之基板;substrate ) 的腐蚀速度之比值。一个具有高选择性的蚀刻系统,应该只对被加工薄膜有腐蚀作用,而不伤及一旁之蚀刻掩膜或其下的基板材料。

(1)等向性蚀刻 (isotropic etching)

大部份的湿蚀刻液均是等向性,换言之,对蚀刻接触点之任何方向腐蚀速度并无明显差异。故一旦定义好蚀刻掩膜的图案,暴露出来的区域,便是往下腐蚀的所在;只要蚀刻配方具高选择性,便应当止于所该止之深度。

然而有鉴于任何被蚀薄膜皆有其厚度,当其被蚀出某深度时,蚀刻掩膜图案边缘的部位渐与蚀刻液接触,故蚀刻液也开始对蚀刻掩膜图案边缘的底部,进行蚀掏,这就是所谓的下切或侧向侵蚀现象 (undercut)。该现象造成的图案侧向误差与被蚀薄膜厚度同数量级,换言之,湿蚀刻技术因之而无法应用在类似「次微米」线宽的精密制程技术!

(2)非等向性蚀刻 (anisotropic etching)

先前提到之湿蚀刻「选择性」观念,是以不同材料之受蚀快慢程度来说明。然而自1970年代起,在诸如Journal of Electro-Chemical Society等期刊中,发表了许多有关碱性或有机溶液腐蚀单晶硅的文章,其特点是不同的硅晶面腐蚀速率相差极大,尤其是111方向,足足比100或是110方向的腐蚀速率小一到两个数量级!因此,腐蚀速率最慢的晶面,往往便是腐蚀后留下的特定面。

这部份将在体型微细加工时再详述。 干蚀刻是一类较新型,但迅速为半导体工业所采用的技术。其利用电浆 (plasma) 来进行半导体薄膜材料的蚀刻加工。其中电浆必须在真空度约10至0.001 Torr 的环境下,才有可能被激发出来;而干蚀刻采用的气体,或轰击质量颇巨,或化学活性极高,均能达成蚀刻的目的。

干蚀刻基本上包括「离子轰击」(ion-bombardment)与「化学反应」(chemical reaction) 两部份蚀刻机制。偏「离子轰击」效应者使用氩气(argon),加工出来之边缘侧向侵蚀现象极微。而偏「化学反应」效应者则采氟系或氯系气体(如四氟化碳CF4),经激发出来的电浆,即带有氟或氯之离子团,可快速与芯片表面材质反应。

干蚀刻法可直接利用光阻作蚀刻之阻绝遮幕,不必另行成长阻绝遮幕之半导体材料。而其最重要的优点,能兼顾边缘侧向侵蚀现象极微与高蚀刻率两种优点,换言之,本技术中所谓「活性离子蚀刻」(reactive ion etch;RIE) 已足敷「次微米」线宽制程技术的要求,而正被大量使用中。

芯片刻蚀技术(芯片刻蚀技术有哪些) 第1张

国产3nm芯片刻蚀机取得突破 美企多次窃取中微专利

紫金 财经 5月8日消息 近日,国产芯片行业传来好消息。据媒体报道,中微公司成功研制出3nm蚀刻机,且完成了原型机的设计、制造、测试及初步的工艺开发和评估,并已进入量产阶段。

之前,中微的等离子体刻蚀设备已应用在国际一线客户先进集成电路加工制造生产线及先进封装生产线。此次3nm刻蚀机诞生,使得中国芯片企业以后能够参与到更先进的高端芯片制造产业链中。

众所周知,半导体工艺流程主要包括晶圆制造、设计、制造和封测几个环节。每个环节不但需要高尖端技术,还需要大量的软件和硬件设备。单晶硅片制造需要单晶炉等设备,IC制造需要光刻机、刻蚀机、薄膜设备、扩散离子注入设备、湿法设备、过程检测等六大类设备。其中,光刻机、刻蚀机、薄膜设备最为主要。

光刻机的工作原理与冲洗照片差不多,就是通过显影技术将线路图复制到硅片上。而刻蚀机的工作原理是按光刻机刻出的电路结构,在硅片上进行微观雕刻,刻出沟槽或接触孔。刻蚀机利用显影后的光刻胶图形作为掩模,在衬底上腐蚀掉一定深度的薄膜物质,随后得到与光刻胶图形相同的集成电路图形。

ASML公司EUV光刻机工程师曾表示,光刻机是人类智慧的结晶,把光当成画笔,将集成电路线路图复制到硅片上。而刻蚀机则像是工匠手中的一把雕刻刀,要在头发丝几千万分之一面积的大小上做几十层楼的“龙骨”建设,直接决定了芯片的工艺制程。

在高端芯片数百亿根晶体管,集成电路的勾勒雕刻过程中,至少需要上千个工艺步骤。但如此高端、复杂的刻蚀机最终被中微半导体突破,一直自认为技术领先的美国企业大为不满。

近年来,美国半导体设备公司美国应用材料、泛林研发、维科为了遏制中微的发展,轮番向中微发起了商业机密和专利侵权的诉讼,意欲遏制中微的发展。所幸的是,中微早做了充分的准备,他们在国内外申请了1200多件相关专利,其中绝大部分是发明专利,有力地保护了其自主创新形成的知识产权。

中微掌门人尹志尧曾表示,中微是国内被美国起诉最多的半导体公司,其中主要有四场大官司。这四场官司包括了专利诉讼,商业机密等多个方面,但是无一例外,中微都取得了胜利或者达成了和解。

据悉,美国维科在蚀刻机市场被中微打得节节败退,为了遏制中微迅猛的发展势头,维科在纽约联邦法院对中微的石墨盘供应商SGL发起了专利侵权诉讼,并索要巨额赔偿。但事实是SGL并没有侵犯维科的专利,反而是后者盗用了中微的晶圆承载器同步锁定相关专利。

为了保护自己的合法权益,中微直接发起反击,向上海海关递交了扣押维科侵权的商品,这批货物价值3000多万,直接给予维科重创,使得其不得不做出妥协,主动寻求中微的谅解,双方最终达成专利交叉授权协议。

如今,中微在蚀刻机领域已经全球领先,但在整个芯片领域,我们还没有实现芯片工艺的全国产覆盖。受制于国外的设备,我国在高端芯片上和欧美还相差一段距离,逻辑器件技术水平上差三代左右,也就是5到10年的差距。

从现阶段看,国内厂商与全球龙头技术差距正在逐渐缩短,国产替代迎来机遇期,中微公司掌握3nm刻蚀技术的消息也给半导体行业的发展带来了信心。尹志尧曾表示,中国人注重数理化,工程技术,又有耐心,最适合搞集成电路。“只要我们有一定的耐心,将来一定会成为世界芯片领域先进的国家”。

芯片是怎么做成的

芯片是怎么制作出来的如下:

一、芯片设计。

芯片属于体积小,但高精密度极大的产品。想要制作芯片,设计是第一环节。设计需要借助EDA工具和一些IP核,最终制成加工所需要的芯片设计蓝图。

二、沙硅分离。

所有的半导体工艺都是从一粒沙子开始的。因为沙子中蕴含的硅是生产芯片“地基”硅晶圆所需要的原材料。所以我们第一步,就是要将沙子中的硅分离出来。

三、硅提纯。

在将硅分离出来后,其余的材料废弃不用。将硅经过多个步骤提纯,已达到符合半导体制造的质量,这就是所谓的电子级硅。

四、将硅铸锭。

提纯之后,要将硅铸成硅锭。一个被铸成锭后的电子级硅的单晶体,重量大约为1千克,硅的纯度达到了99.9999%。

五、晶圆加工。硅锭铸好后,要将整个硅锭切成一片一片的圆盘,也就是我们俗称的晶圆,它是非常薄的。随后,晶圆就要进行抛光,直至完美,表面如镜面一样光滑。硅晶圆的直径常见的有8英寸(2mm)和12英寸(3mm),直径越大,最终单个芯片成本越低,但加工难度越高。

六、光刻。首先在晶圆上敷涂上三层材料。第一层是氧化硅,第二层是氮化硅,最后一层是光刻胶。再将设计完成的包含数十亿个电路元件的芯片蓝图制作成掩膜,掩膜可以理解为一种特殊的投影底片,包含了芯片设计蓝图,下一步就是将蓝图转印到晶圆上。这一步对光刻机有着极高的要求。紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶上,光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩膜上的一致。用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。

七、蚀刻与离子注入。首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅,并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。然后把硼或磷注入到硅结构中,接着填充铜,以便和其他晶体管互连,然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构,就像密集交织的高速公路。

经过上述流程,我们就得到了布满芯片的硅晶圆。之后用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来,焊接到基片上,装壳密封。之后经过最后的测试环节,一块块芯片就做好了。

芯片表面粗化和细化区别

芯片表面粗化和细化区别:

1、粗化主要利用刻蚀技术对带有掩膜图形的芯片表面进行干法刻蚀。

2、细化是看芯片表面是否有打磨过的痕迹凡打磨过的芯片表面会有细纹甚至以前印字的微痕,并根数据反馈去进一步修改与细化。

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