光刻机芯片生产工艺的过程

通过图示来一步步看芯片生产过程

1、上面是氧化层, 下面是衬底(硅)——湿洗

2、一般来说, 先对整个衬底注入少量(10^10 ~ 10^13 / cm^3) 的P型物质(最外层少一个电子)，作为衬底——离子注入

3、先加入Photo-resist, 保护住不想被蚀刻的地方——光刻

4、上掩膜！(就是那个标注Cr的地方。中间空的表示没有遮盖，黑的表示遮住了)

5、紫外线照上去，下面被照得那一块就被反应了——光刻

6、撤去掩膜——光刻

7、把暴露出来的氧化层洗掉, 露出硅层(就可以注入离子了)——光刻

8、把保护层撤去. 这样就得到了一个准备注入的硅片. 这一步会反复在硅片上进行(几十次甚至上百次)——光刻

9、然后光刻完毕后, 往里面狠狠地插入一块少量(10^14 ~ 10^16 /cm^3) 注入的N型物质就做成了一个N-well (N-井)——离子注入

10、用干蚀刻把需要P-well的地方也蚀刻出来，也可以再次使用光刻刻出来——干蚀刻

11、上图将P-型半导体上部再次氧化出一层薄薄的二氧化硅—— 热处理

12、用分子束外延处理长出的一层多晶硅，该层可导电——分子束外延

13、进一步的蚀刻，做出精细的结构。(在退火以及部分CVD)—— 重复3-8光刻 + 湿蚀刻

14、再次狠狠地插入大量(10^18 ~ 10^20 / cm^3) 注入的P/N型物质，此时注意MOSFET已经基本成型——离子注入

15、用气相积淀 形成的氮化物层 —— 化学气相积淀

16、将氮化物蚀刻出沟道——光刻 + 湿蚀刻

17、物理气相积淀长出 金属层——物理气相积淀

18、将多余金属层蚀刻。光刻 + 湿蚀刻重复 17-18 次长出每个金属层。

最终成型大概长这样:

其中，步骤1-15 属于 前端处理 (FEOL)，也即如何做出场效应管。步骤16-18 (加上许许多多的重复) 属于后端处理 (BEOL)，后端处理主要是用来布线。最开始那个大芯片里面能看到的基本都是布线！一般一个高度集中的芯片上几乎看不见底层的硅片，都会被布线遮挡住。