電路設計

電路設計是制造微芯片的第一步。電路設計人員首先會從設計電路的單元功能圖開始，如邏輯圖中所示的這樣。這張圖列出的是一些主要功能和相應算法操作所需的電路。接下來，設計師將功能圖轉(zhuǎn)換為原理圖(下圖中進行了詳細展示)，在原理圖當中，會顯示各電路元件的數(shù)量和它們之間的相互連接方式。每個基本的電路組成部分都可以用一個符號來進行表示。隨附在原理圖，包含了一些電路的電氣參數(shù)(電壓、電流、電阻等)，以及是否可以使電路正常工作所需要的條件。

第三步，是電路布局階段，這一點是半導體電路所特有的。電路操作取決于許多因素，包括材料電阻率，材料物理學，以及各個部件的物理尺寸。零件之間的相對位置是另一個因素。所有這些考慮因素都需要進行全面的考慮，最終決定了零件、設備或部件的物理布局和尺寸電路。電路的布局從使用復雜的計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)開始，將每個電路元件轉(zhuǎn)換成其物理形狀和尺寸。

通過在CAD的軟件中，通過構(gòu)建電路圖，完全將我們前期的電路設計工作結(jié)合進來。最終在所有子層圖案的共同疊加下，合成在電路表面。這稱為復合圖(如下圖所示)。合成圖類似于從頂部看多層辦公樓的藍圖，它展示了所有的樓層。然而，復合材料比普通材料大很多倍，最終增大了電路的尺寸。

建筑物和半導體電路都是用一次建造一層的方式進行的。因此，有必要將復合繪圖分離到電路中的單個層各自的布局中去。下圖說明了多層和單層結(jié)構(gòu)的一個簡單的硅柵MOS晶體管的層圖。

每個層圖都是數(shù)字化的(數(shù)字化是將層圖映射到數(shù)字數(shù)據(jù)庫的一種方式)，并繪制在計算機化的X-Y標繪表上。

十字線和掩模

圖案化過程用于在晶圓片表面創(chuàng)建所需的層圖。將數(shù)字化的圖案雕刻為晶圓片表面的圖案需要幾個基本的步驟。對于光處理，有一個中間步驟叫做十字線對準。十字線對準是一種“硬拷貝”，可以使用沉積在玻璃或石英板上的薄層鉻形成相應的圖案的方式完成再復制(如下圖a所示)。它是使用光掩膜工藝來具體實現(xiàn)的。曝光光刻膠的(電子束)發(fā)生器與使用電子束在晶圓上使用的工藝相同。可以直接使用準星制作圖案的方式或可用于制作光掩模。

掩模可以認為是一個玻璃板，表面有一層薄薄的鉻層形成的。在制作之后，它就是一個覆蓋著許多電路圖案的副本(如下圖b所示)。它被用來在整個晶圓片表面完成一個圖案轉(zhuǎn)移的過程。電子束曝光系統(tǒng)可以跳過劃線或掩模步驟，直接在晶圓片表面曝光。光柵和掩模制作過程我們將在后續(xù)的章節(jié)中繼續(xù)詳細介紹。

十字線和掩膜一般可以由內(nèi)部部門自己生產(chǎn)，也可以從外部供應商購買。每種電路類型都有自己的一組單獨的掩模。

審核編輯：劉清