在当今数字化飞速发展的时代,芯片作为电子产品的核心部件,其制造工艺愈发受到关注,芯片制造宛如一场精密非凡的征程,其中硅片制造以及光刻、蚀刻等构建电路的环节更是关键所在。

从硅片制造开启这场奇妙之旅,硅片制造是芯片制造的基础,这一过程犹如搭建一座宏伟建筑的基石,首先要从沙子中提取硅,沙子里的二氧化硅是起始原料,将其与碳源放入含有碳源的熔炉,高温下二者发生化学反应,得到纯度约 98% 的冶金级硅,这之后,冶金级硅要经历区熔提纯等复杂工序,最终制成高纯度多晶硅,接着采用直拉法或悬浮区熔法将多晶硅变成单晶硅,直拉法应用更广,以直拉法为例,把高纯度多晶硅熔化后,用籽晶缓慢旋转提拉,受温度梯度影响,单晶硅逐渐成型,其直径决定晶圆尺寸,尺寸越大,在同一晶圆上可制造的芯片数量就越多,再经滚磨、倒角、抛光等操作,让晶圆表面平整如镜,达到纳米级光洁度,为后续电路制造奠定完美基础。
而光刻技术则是绘制芯片电路图的关键之笔,光刻胶在这一过程中扮演着重要角色,这种具有光敏特性的材料被均匀涂覆在晶圆表面,当特定波长光线透过掩膜版照向光刻胶时,被光照的部分发生化学变化,对于正性光刻胶,受光区域变得易溶解;负性光刻胶则相反,曝光处更难溶解,以此实现将掩膜版电路图案精准转移到晶圆上,随后进行显影,就像冲洗照片一样,被光照射的区域(正胶)或未被光照射的区域(负胶)在显影液作用下去除或保留,电路图案便显现出来,且随着芯片制程不断缩小,从早期较大尺度到现在先进的纳米级别,对光刻精度要求极高,7nm 制程及以下的芯片生产,传统光刻技术难以满足,需借助极紫外光(EUV)等新技术提升分辨率,确保复杂微小电路图案能准确无误地刻画在晶圆上。
蚀刻环节像是一把精准的雕刻刀,负责将多余的材料剔除,清晰呈现出所需的电路结构,有湿法和干法蚀刻之分,湿法蚀刻利用特定化学试剂与待蚀刻材料反应,如用氢氟酸、硝酸等混合液按比例稀释来蚀刻二氧化硅、氮化硅或金属铝等不同材料,干法蚀刻则依靠等离子体在电磁场作用下产生的高能粒子撞击样品表面,与材料发生反应并去除材料,各具优势,依据不同情况选择应用,保障电路图案完整精确呈现于晶圆之上。
芯片制造工艺是一项集合众多高端科技、精密复杂的系统工程,从硅片制造到光刻、蚀刻等构建电路的关键步骤,每一个环节都凝聚着无数科研人员的智慧与心血,推动着芯片性能不断提升、体积不断缩小,为现代科技发展注入源源不断的动力,让我们能够畅享数字时代的便捷与高效。