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芯片是如何制造的

2025年08月16日 09:06 浏览：372 来源：小萍子

现代晶圆厂通过五大工艺模块的精密协作，将硅片转化为智能芯片，每个模块包含特定物理/化学作用原理：

一、增材工艺（Add Material）

目标：在晶圆表面生长或沉积功能材料层

技术	作用机理	应用实例
热氧化	Si + O₂ → SiO₂（高温直接反应）	栅极介电层（厚度0.5-2nm）
CVD	气相化学反应沉积（例：4SiH₄ + 2N₂O → 4SiO₂ + 4H₂ + 2N₂）	层间介质（ILD）、多晶硅栅
PVD	物理溅射（氩离子轰击靶材释放原子）	金属互连层（Cu/Al/TiN）
电镀	电化学沉积（Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu）	铜导线填充（深宽比＞5:1）

二、减材工艺（Remove/Etch Material）

目标：选择性去除特定材料层

类型	原理	精度控制
干法刻蚀	等离子体化学腐蚀（Cl₂/F₂等气体）	各向异性（侧壁角度89°±0.5°）
湿法腐蚀	溶液化学溶解（例：HF蚀刻SiO₂）	各向同性（速率控制±3%）
CMP	化学腐蚀+机械研磨（SiO₂磨料）	全局平整度＜10nm/300mm

三、图形化工艺（Create Patterns）

核心：光刻技术（Photolithography）

涂胶：旋涂光刻胶
曝光：紫外光通过掩模版成像
显影：碱性溶液溶解曝光区
烘烤：固化图形

光刻要素：

套刻精度（Overlay）：＜2nm（相当于头发丝的1/40000）

线宽均匀性（CD）：整片晶圆波动＜0.5nm

四、电性调控（Change Electrical Properties）

目的：精确控制半导体导电特性
两大技术路线：

技术	作用原理	掺杂精度
离子注入	离子加速轰击硅晶格（能量5-500keV）	浓度梯度控制±3%
热扩散	高温驱动掺杂原子迁移（900-1200℃）	结深控制±1nm

N型掺杂（磷/砷）：增加自由电子

P型掺杂（硼）：产生空穴

五、检测计量（Measure/Inspect）

全流程质量控制体系：

技术	检测目标	精度极限
光学量测	膜厚/CD/套刻误差	0.1nm（X射线反射法）
缺陷分析(RDA)	颗粒/划伤	19-50nm的缺陷
电性测试	晶体管参数/互连电阻	电流分辨率=1fA

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