第六章 :一次成功!

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  實驗室中,等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備的嗡鳴聲在安靜的環境中格外清晰。

  淡藍色的離子束如同纖細的光帶,精準地投射在晶圓表面。

  在晶片製造過程中,『氮化時間』通常指氮化矽(Si₃N₄)沉積或氮化處理所需的時間,具體時長取決於工藝類型、設備、材料及工藝節點。

  而為了節省時間,這一次的實驗韓靖採用了等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備來在基片表面沉積高質量薄膜。

  相對比低壓化學氣相沉積、物理氣相沉積等方法來說,這種方案更穩定,更適合實驗室使用。

  「氮化離子注入劑量穩定在Q=5.2×10¹⁵ cm⁻²,晶圓傾斜角度15°,溫度控制在-10℃,一切正常。」

  李暉的聲音低沉而專注,筆尖在筆記本上飛速滑動,將每一組實時數據都記錄得絲毫不差,連小數點後四位都不曾遺漏。

  坐在電腦前,韓靖看了一眼控制系統的顯示屏,上面的離子注入數據正實時從設備里傳遞出來。

  【ΔD=Q·(1-ε)=5.2×10¹⁵×(1-0.72)=1.456×10¹⁵ cm⁻²,小於D_th=1.5×10¹⁵ cm⁻²。】

  正如李暉所匯報的一樣,整個氮化過程一切正常。

  對於一枚晶片基地製造中的氮化過程來說,需要多長的時間並非固定值,而是根據工藝需求動態調整,典型範圍約為5–30分鐘,由設備和工藝目標決定。

  按照這個科研之心系統給出的解決方案,採用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備進行低溫等離子體激活反應氣體,在基片表面沉積高質量薄膜的工藝需要26-28分鐘的時間。

  這個氮化的時間並不長,設備腔室內施加(RF)射頻使氣體電離形成低溫等離子體,其活性基團在基片表面吸附、遷移並發生化學反應,生成固態薄膜。

  設備緩緩地運轉著,反應腔內部的溫度開始穩步上升,顯示屏上的數字從室溫逐漸攀升。

  而每一分鐘升溫嚴格控制在10℃以內,避免溫度驟升導致晶圓開裂。

  李暉守在設備旁,眼睛緊緊盯著顯示屏,手裡的筆記本不停記錄著數據。

  「溫度100℃,試劑注入量0.5ml,壓力正常;溫度200℃,試劑注入量1.2ml,反應平穩……」

  韓靖的目光在控制系統和實驗數據之間來回切換,偶爾開口提醒:「注入速度再放慢一點,確保氮化試劑均勻覆蓋晶圓表面,成膜厚度要均勻,偏差不能超過0.5nm。」

  說著,他腦海中同步浮現系統給出的氮化工藝關鍵點,下意識補充道:「記得監測氮氣分壓,維持在0.1MPa,這樣才能形成高質量的氮氧化矽界面。」

  氮化處理的過程雖然並不長,但卻顯得極為枯燥。

  尤其是三人第一次進行實驗,可以說是全程不敢有絲毫鬆懈。

  時間一點點的過去,實驗室里只有設備的低鳴和筆尖划過紙張的沙沙聲。

  空氣中瀰漫著淡淡的試劑味道,卻絲毫沒有影響三人的專注。

  半小時左右的時間並不長,伴隨著控制系統發出清脆的提示音,氮化處理正式完成。

  李暉按下停止按鈕,目光看向韓靖,等待著他的指示。

  電腦前,韓靖先是看了一眼屏幕上的實驗數據,確認沒有問題開口示意道:「先靜置五分鐘的時間,讓反應腔自然降溫,避免晶圓驟冷受損。」

  停頓了一下,他緊接著看向站在一旁的童淮,接著說道:「師兄,準備好退火設備!」

  「好!」

  「收到!」

  實驗室中,兩道應答聲響起。

  五分鐘後,李暉小心翼翼打開艙門,一股淡淡的熱氣撲面而來,他戴著專用的防護手套,將晶圓取出,迅速轉移至快速熱退火設備中。

  晶圓氮化後退火是半導體製造中的關鍵工藝步驟,主要用於修復氮化過程中可能引入的晶格損傷、激活摻雜劑、改善薄膜質量或形成特定氮化物層。

  這一步通常需要使用不同的氣體來作為輔助。

  比如最常見最常用的氮氣(N₂),在退火的過程中可防止晶圓氧化,高溫下可與矽形成矽氮化物;而氬氣(Ar)則作為載氣或傳熱介質,確保溫度均勻性等等。


  對於KL-02晶片晶圓上的氮化層,退火使用的是氮氣(N₂)和氬氣(Ar)的結合。

  一方面這可以形成SiON或 Si₃N₄頂層,提升柵氧可靠性,另一方面則可以保證晶圓表面的熱均勻性。

  ......

  伴隨著退火設備緩緩啟動,溫度顯示屏上的數字穩步上升,李暉守在一旁,實時記錄著溫度變化和氮化試劑的注入量。

  童淮則輔助李暉核對相關參數,確保每一個環節都嚴格按照預設方案執行。

  而韓靖則坐在電腦前,同步分析氮化離子注入後的初步數據。

  又是一個小時過去,快速熱退火和氮化界面層處理順利完成。

  李暉小心翼翼地取出晶圓,這一次,晶圓表面多了一層薄薄的淡灰色氮化層,色澤均勻,沒有出現任何破損或異常。

  他將晶圓放在專用的恆溫托盤中,先用放大鏡目視仔細觀察了一下。

  「成膜均勻,色澤淡灰,沒有出現針孔和裂紋,符合初步要求,可以進行核心檢測。」

  放下手中的滑鼠鍵盤,韓靖走了過來,接過放大鏡觀測了一下,確認沒有問題後滿意的點點頭,道:「那就開始檢測吧!」

  在晶片製造過程中,氮化工藝完成後需進行一系列檢測以確保薄膜質量、界面特性及器件性能符合要求,才能進行下一步的實驗。

  而每一項的檢驗都需要用到橢偏儀、X射線光電子能譜、高解析度透射電子顯微鏡等各種專業設備。

  這些儀器設備的價格從幾十萬到幾百萬再到幾千萬不等。

  比如北大引進的帶有球差/色差校正器的賽默飛高分辨場發射透射電鏡系統,能夠將解析度從亞埃級提升到埃級甚至更高,能看到單個原子,適合前沿研究。

  但這種設備價格極其昂貴,單價約合1300萬人民幣,是傳統電鏡數倍以上。

  只能說,晶片的研發製備這玩意,真不是一般的企業能夠玩的轉的。

  像北大微處理器研發中心的幾間實驗室,光是建造和配齊研發的設備,其投資就是以億為單位計算的。

  .....

  【薄膜厚度與均勻性檢測合格:厚度大概6.2nm,完全符合預設要求!】

  【成分與化學鍵分析合格:Si–N/Si–O鍵比例標準,確認富氮區位於氧化層上表面0.5 nm內!】

  【電學特性測試合格.....】

  實驗室中,一項項的實驗測試不斷的進行著,各種檢測設備上的數據漸漸的匯總了起來。

  電腦屏幕上,數據一點點浮現,韓靖、李暉和童淮三人的呼吸漸漸急促起來,盯著屏幕眼睛裡滿是緊張和期待,連大氣都不敢喘。

  當最後一條數據映入眾人眼帘時,實驗室中忽然爆發了一陣歡呼。

  「漂亮!」

  「摻雜濃度N=1.8×10¹⁸ cm⁻³,剛好達到目標平衡濃度!」

  歡呼的是李暉,他的聲音帶著一絲激動,指著屏幕上的數據,「晶格結構完整,沒有出現損傷,我們成功了至少一半!」

  坐在電腦前,盯著屏幕上的實驗數據,韓靖的臉上也露出了一抹笑容。

  對晶圓基地的氮化處理,比他想像的要更加順利!

  他原本以為會失敗一兩次或幾次才能製造出合格的晶圓基地的,沒想到按照這個系統的步驟,一次實驗就成功了!

  站在一旁,童淮的臉上滿是激動,手裡的筆記本都差點握不住,反覆核對著檢測數據,生怕出現一絲誤差。

  確認氮化層各項檢測全部合格後,他目光激動地看向韓靖,語氣里滿是敬佩。

  「師弟,你這也太厲害了!一次就成功了!

  「我們以前做實驗調整沉積層的時候,至少要反覆調試好幾次,才能做出這麼相對合格的氮化層!」

  韓靖臉上的笑容依舊沉穩,接過檢測報告,再次核對了一遍關鍵數據——薄膜厚度6.2nm、Si–N/Si–O鍵比例標準、摻雜濃度精準達標,確認無誤後,才笑著開口說道。

  「別鬆懈,氮化只是基礎,接下來的離子注入,才是解決KL-02溝道摻雜濃度偏移的核心,半點不能馬虎。」

  「至於現在....」

  說著,他看了一眼電腦右下角的時間,接著道:「現在已經晚上九點了,今天大家都忙了一天了,先早點回去休息,明天咱們再繼續。」

  晶圓基底的氮化處理和檢測都是相當耗費時間的研究,不算上午的準備工作,不知不覺間,他們已經在實驗室中連續工作了八小時了。

  八小時,這聽上去似乎沒什麼。

  畢竟正常打工人的一天工作也至少是八小時,遇到加班的話干到十小時甚至是十二個小時都是常見的。

  但實驗室中全神貫注的工作八小時對於精神與肉體上的壓力遠不是普通的打工能比的。

  畢竟打工還可以摸摸魚,帶薪蹲坑。

  而晶片的處理一個沒留神就直接報廢了,到時候又得一切從頭再來。

  「好!」

  「行。」

  實驗室中,李暉和童淮聽到韓靖這麼說後也都點了點頭。

  如果算上上午的時間,他們在實驗室中呆的時間已經超過十個小時了。

  這麼長時間的研究確實容易將人的神經緊繃到極致。

  回去好好休息睡一覺,充足精力再應對明天的實驗無疑是個更好的選擇!

  .......

  翌日,在韓靖三人繼續完成KL-02微型晶片28nm工藝下的溝道摻雜濃度偏移難題實驗的時候。

  另一邊。

  北大科研處行政大樓的會議室中,氣氛卻格外凝重。

  長條會議桌兩側,北大分管科研的副校長林文彬端坐主位,神色沉穩,身旁坐著科研處處長趙凱和微處理器研發中心主任周文淵,三人臉上均帶著幾分為難。

  對面,飛思卡爾公司亞太區副總裁馬克·盧西恩端坐正中,一身西裝眼神里滿是不容置喙的強勢。

  在他的身旁則坐著一支工作小組,有人手持文件夾在核對什麼,也有人在一旁負責記錄著會議紀要。

  馬克·盧西恩率先打破沉默,將一份列印好的交接報告推到會議桌中央,語氣強硬地開口道。

  「林副校長,趙處長,周主任,多餘客套話我就不多說了,KL-02項目牽頭人陳維德教授失聯已經超過了三天的時間。」

  「根據我們飛思卡爾與北大簽訂的合作協議,KL-02微型晶片項目失去核心主導者,按協議規定,我們有權終止合作,並收回項目所有相關資料、實驗數據、樣品及技術成果。」

  會議室中,馬克·盧西恩的翻譯迅速將這段話轉譯成漢語,重複了一遍。

  會議桌對面,副校長林文彬拿起交接報告卻沒有看,他抬起頭,語氣平緩的開口道。

  「盧西恩先生,我理解貴公司的立場,但KL-02項目是陳維德教授耗費數年心血打造的成果,也是北大重點扶持的科研項目。」

  「雖然陳教授目前處於失聯的狀態,但他的學生正帶著團隊繼續推進實驗,且已經取得了重大突破,或許用不了多久,就能解決核心難題,完成項目研發。」

  「突破?」

  聽到這話,馬克·盧西恩嗤笑一聲,眼神里滿是輕視和鄙夷:「林副校長,您未免太樂觀了。」

  「陳維德教授是行業內頂尖的晶片專家,他耗費數年都沒能完成的項目研究,他的學生憑什麼能做到?」

  「這不過是你們拖延交接的藉口罷了。」

  對面,研發中心的周文淵看了過來,解釋道:「盧西恩總裁,這並非藉口。韓靖同學是陳維德教授最優秀的學生,心思縝密,科研能力極強。」

  「在KL-02微型晶片的溝道摻雜濃度偏移難題上,昨天他們已經成功完成了晶圓基底的氮化處理,各項檢測數據全部合格,遠超預期。只要再完成離子注入和後續檢測,就能徹底解決這個難題。」

  「我們可以簽訂補充協議,由韓靖團隊繼續主導項目研發,貴公司依舊享有項目成果的相關權益,待項目完成後,再按原協議履行相關條款。」

  「這樣既不違背合作初衷,也能最大化保障貴公司的利益,何樂而不為?」

  ......

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