光刻流程:从脑子想到的芯片到你手上的芯片全流程(设计篇上)

一些随便写的科普

第一次写材料物理，从小就没学好，一边学一边写的dbq(我知道很复杂,因为我是从头到尾到一些中段(末端系列分支是真的多,写不得,写出来没个100w字出不来的)

光刻的基本流程

其实就基本3个大类：IC设计，IC制造，IC封测

IC设计，首先是电路设计（今天先单纯讲这个）

一般来说一个芯片基本有一个主要的需求，例如：处理（图像）（运算）或者单纯的dram堆叠,

然后就是其spec了，spec其实就是要求算是，例如我需要他在多少°的环境下运行，多大尺寸，运行多少频率，怎么定spec也是个学问，很复杂，但是我不是这玩意的人我也母鸡，基本就分两种，前端和后端

说白点就是

IC前端设计指逻辑设计

IC后端设计指物理设计

首先是前端了，先写一些RTL代码（例如硬件描述码），然后用一些eda软件把其synthesis，就是把软件转换成硬件能看懂的代码，生成netlist（就是网表）

后端再把这个netlist转换成实际的电路，像是画pcb一样，一些元器件摆好然后再用导线连接起来，最后设计成一个GDS file

后端设计基本都靠APR，就是Auto P/R，pr分别是摆放和绕线。其设计基本分四个步骤，布局（floorplan），单元摆放（placement），CTS（时钟树综合 clock tree synthesis），绕线（route）

Floor：Floorplan就是布局规划，首先得确定这个芯片的面积，确定core的位置，die的尺寸，io的位置，cache的位置，bump的位置，有时候还得画powerplan，也就是电源规划，一般得在这时候画power gate，确定电压域

Place：然后就是Placement了，一般特指标准单元的摆放，其最重要的任务就是把一些cell库给摆放好，在place的时候，并不是单单把cell给摊开罢了，还得顺带考虑绕线，把关系紧密的给摆放在一起，又不能太过于密集

（会导致密度过高，出现拥堵，或者power不能上供电之类的奇奇怪怪的问题）

CTS：再就是时钟树综合（Clock tree synthesis（CTS）首先，一个芯片包括组合逻辑和时许逻辑，时许逻辑包括filp flop（触发器）和latch（门），还没写

然后就是最简单的绕线了，这也是最难的，简单是理解，难是操作

首先，不能有open/short，drc（设计规则检查）而且如果在floor和place中，如果在floor的时候就少给了一些绕线资源，或者说在place摆了很多cell库在一个地方导致congestion，或者说你跑stage过了，全部runing，但是有些cell与cell的timing过长，那么还得重新跑

跑一次stage，疯狂debug，一想到早期工程师纯手工pr就非常佩服

最后还得做电源层

这些只是ic设计中的电路设计，做出来的东西叫做版图，GDS file，拿着GDS交给一些FAB，就是代工厂，比如tsmc啊，samsung/intel/GF之类

下面就是代工厂的事了

代工厂拿着GDS，做出相对于的光罩（mask）目前常用的就是mask，一种是倍缩光掩膜（reticle）一种是光掩膜（mask），当铬玻璃只能覆盖局部的Si晶圆，叫做倍缩光掩膜，基本放大5-10倍，反之，当铬玻璃图像能覆盖整个晶圆，就叫光罩（mask）

光线透过掩膜上的透光部分会发生衍射，光强会衍散到附件不透光的区域。投影透镜收集这些光线，会聚投影到晶圆表面成像。

做光罩有三大部分

首先是图像处理，FAB拿着GDS做出处理，首先会验证你的drc符不符合，再进行排版，并在切割道上添加tab自己的测试模块，比如偏移量测量，各个层次的尺寸控制，或者说wat测试单元之类

然后进行一个修正

OPC就是光学临近效应校正

OAI就是离轴照明技术,其实都是为了增加MTF值

再把这个数据提交给mask house（有些fab厂有maskhouse，如果没有就只能找mask shop去购买）输出就得到了mask这个光罩

掩模版有几种

Cr双级型掩膜（binary intensity mask（BIM)，双级就是透光/不透光。原材料基本都是铬基板，铬基板通常使用高纯度的石英玻璃所做成的，然后在Si板下镀一层700a的铬层，然后再在铬上一层氧化铬，作用是增加铬与玻璃的粘附力，最后在铬膜下再镀一层光刻胶

MoSi双级型掩膜(opaque MoSi on glass(OMOG)

随着大数值孔径193i（na>=1）的光刻机引入，mask上的尺寸越来越小，若其挡光的CR越厚，光波与Cr的相互作用就越强，就会导致曝光的最佳聚焦值随着图像尺寸发生偏移，这就叫做mask 3d效应

为了降低其效应，只能把cr越弄越薄，但是目前的bim已经薄到极限了，所以在32nm节点以后，只能用更高光密度（optical density（OD)的MoSi，其OD>=3)作为吸收层(absorber)这就叫做MoSi双级掩膜

再新一点就是比如Ta的掩膜,叫ABF,没怎么了解

下期就是FAB拿着光刻机和掩膜制作了.