芯片制造的重要技术(沙砾的涅槃-芯片制造五大关键技术)

芯片-参考百度百科就是集成电路，英文是integratedcircuit，缩写作IC；或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）。在电子学中是一种将电路小型化的方式，通常制造在半导体晶圆表面上。要想理解芯片，那就先要知道什么是半导体，什么是晶圆。

半导体晶圆

半导体参考百度百科是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。大家学过物理都知道，物体按导电性可以分为导体和绝缘体。但实际上如果加上电压，几乎所有的材料都能或多或少导电。这就是为什么高压电周围很危险，但有些材料很特别，加上电压后，导电性能控制性良好，能在绝缘体和导体之间可控转变，这种材料就称为半导体。简单来说半导体就是指一种导电性可控，范围从绝缘体到半导体之间的材料。

晶圆参考百度百科是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。听上去很高大上吧，论制造工艺，的确不是一般的企业甚至国家可以负担和掌握的。但从原材料来说，晶圆的原材料就是硅。硅是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式出现，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。说白了就是沙子，所以制造晶圆的原材料和制作玻璃的原材料是一样的。那为什么两种材料最后的价格和难度有着天壤之别呢？

主要原因是晶圆工艺流程十分复杂，投资也是天文数字。工艺简单来说包括以下几个步骤。

工艺简要介绍

了解了半导体晶圆后，让我们来看下芯片制造最核心的五大关键技术

五大关键技术之一是光刻，就是对半导体晶片表面的掩蔽物(如二氧化硅)进行开孔，以便进行杂质的定域扩散的一种加工技术。一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。

在工艺过程中，简单来说是先涂敷感光材料，涂敷后晶圆第一层为感光材料，第二层为二氧化硅，就是晶圆表面氧化后形成的硅氧化膜，第三层也是底层就是硅基版。接下来就是用特定的光线对第一层感光材料的划定区域进行聚焦曝光，被光线照射到的区域会发生化学反应。第三步是用化学液对晶圆进行显影，去除多于溶胶，最后完成光刻。这个过程可以想象为冲洗照片底片。因为是利用光线照射形成纹路，所以形象的称为光刻法。

而准分子光刻技术作为当前主流的光刻技术，其中193nm浸没式光刻技术是所有光刻技术中最为长寿且最富有竞争力的，传统光刻技术光刻胶与曝光镜头之间的介质是空气，而浸没式技术则是将空气换成液体介质。

极紫外光刻技术EUV和电子束光刻技术是光刻技术发展趋势。目前的世界三大光刻机生产商是荷兰的ASML，日本的Nikon和Cannon。而目前最先进的极紫外光光刻机只有ASML公司能够成产，这类光刻机目前依旧应美国要求对中国禁运，作为限制我国芯片制造，阻碍我国芯片技术，特别是阻断我国半导体先进制程研究的的重要手段。

五大关键技术之二是刻蚀，它是半导体制造工艺，微电子IC芯片制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻[1]相联系的图形化（pattern）处理的一种主要工艺。所谓刻蚀，实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。

刻蚀分为干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀中的RIE，即反应离子刻蚀，英文全称为ReactiveIonEtching。已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。

五大关键技术之三薄膜，主要有化学气相沉积CVD和物理气相沉积PVD，都是在衬底表面上生成薄膜的方法，只是一种是物理气化方案，一种是化学反映方案。

五大关键技术之四掺杂，也称为热扩散或离子注入，离子注入是指当真空中有一束离子束射向一块固体材料时，离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面，这个现象叫做溅射；而当离子束射到固体材料时，从固体材料表面弹了回来，或者穿出固体材料而去，这些现象叫做散射；另外有一种现象是，离子束射到固体材料以后，受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来，并最终停留在固体材料中的这一现象叫作离子注入。因为离子留在了固体之内，必然改变固体的特性。所以离子注入技术是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性技术。在电子工业中，离子注入成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术。

五大关键技术之五化学机械平坦化CMP，又叫化学机械抛光Chemicalmechanicalpolishing,。随着集成电路芯片制造技术的不断发展，芯片特征尺寸越来越小，互连层数越来越多，晶圆直径也不断增大。要实现多层布线，晶圆表面必须具有极高的平整度、光滑度和洁净度，化学机械抛光是目前最有效的晶圆平坦化技术，它与光刻、刻蚀、离子注入、PVD/CVD一起被称为IC制造最核心的五大关键技术。