半导体工艺流程VIP免费

这可能最简单的半导体工艺流程（一文看懂芯片制作流程）本文来源于公众号“半导体产业园”上一期我们聊了CMOS的工作原理，我相信你即使从来没有学过物理，从来没学过数学也能看懂，但是有点太简单了，适合入门，如果你想了解更多的CMOS内容，就要看这一期的内容了，因为只有了解完工艺流程（也就是二极管的制作流程）之后，才可以继续了解后面的内容。那我们这一期就了解一下这个CMOS在foundry公司是怎么生产的（以非先进制程作为例子，先进制程的CMOS无论在结构上还是制作原理上都不一样）。首先要知道foundry从供应商（硅片供应商）那里拿到的晶圆（也叫wafer，我们后面简称wafer）是一片一片的，半径为100mm（8寸厂）或者是150mm（12寸厂）的晶圆。如下图，其实就是类似于一个大饼，我们把它称作衬底。但是呢，我们这么看不太方便，我们从下往上看，看截面图，也就是变成了下图这个样子。下面我们就看看怎么出现我们上一期提到的CMOS模型，由于实际的process需要几千个步骤，我在这里就拿最简单的8寸晶圆的主要步骤来聊。制作Well和反型层：也就是通常说的阱，well是通过离子植入（IonImplantation，后面简称imp）的方式进入到衬底上的，如果要制作NMOS，需要植入P型well，如果制作PMOS，需要植入N型well，为了方便大家了解，我们拿NMOS来做例子。离子植入的机器通过将需要植入的P型元素打入到衬底中的特定深度，然后再在炉管中高温加热，让这些离子活化并且向周围扩散。这样就完成了well的制作。制作完成后是这个样子的。在制作well之后，后面还有其他离子植入的步骤，目的就是控制沟道电流和阀值电压的大小，大家可以统一叫做反型层。如果是要做NMOS，反型层植入的是P型离子，如果是要做PMOS，反型层植入的是N型离子。植入之后是下面这个模型。这里面有很多内容的，比如离子植入时的能量，角度，离子的浓度等等，那些不在这一期当中，而且我相信你了解那一些的话，肯定是圈内人，你肯定有方法了解到。制作SiO2：后面就会制作二氧化硅（SiO2，后面简称Oxide），在CMOS的制作流程中，制作oxide的方法有很多。在这里由的SiO2是用在栅极下面的，它的厚度直接影响了阀值电压的大小和沟道电流的大小。所以大多数foundry在这一步都是选择质量最高，厚度控制最精确，均匀性最好的炉管氧化方法。其实很简单，就是在通氧气的炉管中，通过高温，让氧气和硅发生化学反应，生成SiO2。这样就在Si的表面生成了薄薄的一层SiO2，如下面的图形。当然这里面也有很多具体的信息，比如需要具体多少度啊，需要多少浓度的氧气啊，需要高温多长时间啊等等，这些都不是我们现在考虑的，那些太具体了。栅端Poly的形成：但是到这里还没结束，SiO2只是相当于螺纹，真正的栅极（Poly）还没有开始做呢。所以我们下一步就是在SiO2上面铺一层多晶硅（多晶硅也是单一的硅元素组成，但是晶格排列方式不同。你千万不要问我为什么衬底用单晶硅，栅极用多晶硅，这个有一本书叫半导体物理，您可以了解下，尴尬~）。Poly也是CMOS非常关键的一个环节，但是poly的成分是Si，不能像生长SiO2那样通过直接和Si衬底直接反应生成。这就需要传说中的CVD（化学气相沉淀，ChemicalVaporDeposition），就是在真空中发生化学反应，将生成的物体沉淀到wafer上，在这个例子中，生成的物质就是多晶硅，然后沉淀到wafer上（这里要多说一句，poly是用CVD的方法在炉管中生成的，所以poly的生成不是用的纯正CVD的机台）。但是这种方法形成的多晶硅会在整片wafer都沉淀下来，沉淀之后是这个样子。Poly和SiO2的曝光：到了上面这一步，其实已经形成我们想要的垂直结构了，最上面是poly，下面是SiO2，再到下面是衬底。但是现在整片wafer都是这样，其实我们只需要一个特定位置是“水龙头”结构。于是就有了整个工艺流程中最最关键的一步—曝光。我们先在wafer表面铺一层光刻胶，也叫光阻（很难解释光刻胶的概念是什么，我相信你看着看着就懂了）就变成了这个样子。然后再用定义好的掩膜版（掩膜版上已经定义好了电路图形）放在上面，最后用特定波长的光线照射，被照射的地方光阻会变活化，由于被掩膜版挡住的地方没有被光源照到，所以这块光阻...