芯片制備中的光刻技術(shù)

芯片制備中的光刻技術(shù)廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院魏昕集成電路的集成度和產(chǎn)品性能每18個(gè)月增加一倍。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè),今后20年左右,集成電路技術(shù)及其產(chǎn)品仍將遵循這一規(guī)律發(fā)展。以集成電路為核心的電子信息產(chǎn)業(yè)超過(guò)了以汽車(chē)、石油、鋼鐵為代表的傳統(tǒng)工業(yè)成為第一大產(chǎn)業(yè)，成為改造和拉動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)邁向數(shù)字時(shí)代的強(qiáng)大引擎和雄厚基石。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明,每l2元的集成電路產(chǎn)值,帶動(dòng)了10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值的形成,進(jìn)而帶動(dòng)了100元GDP的增長(zhǎng)。我國(guó)集成電路設(shè)計(jì)與制造水平20世紀(jì)80年代中期我國(guó)集成電路的加工水平為5m，其后，經(jīng)歷了3、1、0.8、0.5、0.35m的發(fā)展。目前達(dá)到了0.18m的水平。當(dāng)前國(guó)際水平為0.09m（90nm）。我國(guó)與之相差約為2-3代。

集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架設(shè)計(jì)芯片檢測(cè)單晶、外延材料掩膜版芯片制造過(guò)程封裝測(cè)試系統(tǒng)需求主要流程為薄膜制備、光刻和刻蝕—制造業(yè)—芯片制造過(guò)程

由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層曝光刻蝕硅片測(cè)試和封裝用掩膜版重復(fù)20-30次集成電路芯片的顯微照片Vsspoly柵Vdd布線通道參考孔有源區(qū)N+P+集成電路的內(nèi)部單元(俯視圖)集成電路制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類(lèi)似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制作各種材料的薄膜圖形轉(zhuǎn)換：光刻電阻集成電路的制造工藝?yán)霉鈱W(xué)光刻傳遞圖形所需步驟圖形轉(zhuǎn)換：光刻

在主流微電子制造過(guò)程中，光刻是最復(fù)雜、昂貴和關(guān)鍵的工藝。圓片光學(xué)曝光簡(jiǎn)單系統(tǒng)：頂上的光源發(fā)出通過(guò)掩膜的光。圓片表面涂上一薄光刻膠（光敏材料）。光學(xué)光刻分兩部分：曝光工具在圓片表面產(chǎn)生掩膜圖形；化學(xué)過(guò)程——一旦輻照的圖形被光刻膠吸收和圖形被顯影時(shí)。曝光光源（工具）：可見(jiàn)光、紫外光（UV）、深紫外光（DUV)或極紫外光（EUV）圖形轉(zhuǎn)換：光刻簡(jiǎn)單的光學(xué)曝光系統(tǒng)光源光闌快門(mén)掩膜光刻膠圖片波長(zhǎng)越短，可曝光特征尺寸越小圖形轉(zhuǎn)換：光刻光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹(shù)脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體。光刻膠受到特定波長(zhǎng)光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變。正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠。負(fù)膠：分辨率差，適于加工線寬≥3m的線條。分辨率——可以曝光出來(lái)的最小特征尺寸正膠：曝光后可溶負(fù)膠：曝光后不可溶圖形轉(zhuǎn)換：光刻幾種常見(jiàn)的光刻方法接觸式光刻：曝光時(shí)掩膜壓在涂覆光刻膠的圓片上。分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(10～25m)，可以大大減小掩膜版的損傷。分辨率較低。投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前工業(yè)應(yīng)用最多。間隙投影式接近式接觸式三種光刻方式圖形轉(zhuǎn)換：光刻超細(xì)線條光刻技術(shù)甚遠(yuǎn)紫外線(EUV：13－14nm)所有材料對(duì)EUV波段的光波有很強(qiáng)的吸收性。為了減少對(duì)EUV的吸收，在EUV光學(xué)體統(tǒng)的路上必須維持真空環(huán)境?？蓪?shí)現(xiàn)22nm的工藝結(jié)點(diǎn)的光刻，經(jīng)改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)10nm得圖形光刻。X射線（110KeV的光子。接近式。分辨率：30nm左右）電子束光刻（直接寫(xiě)。波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于光波波長(zhǎng)，理論上可得到尺寸很小的特征圖形。但掩膜版必須足夠后避免電子穿透，工作效率低。）離子束光刻（直接寫(xiě)或投影。穿透深度很小，掩膜版的透明部分必須是空白。分辨率高、焦深長(zhǎng)、衍射效應(yīng)小、損傷小和產(chǎn)量高、成本等。）圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法。干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過(guò)轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的。圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法腐蝕：濕法化學(xué)刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)是鉆蝕嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差干法刻蝕濺射與離子束銑蝕：通過(guò)高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差等離子刻蝕(PlasmaEtching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差反應(yīng)離子刻蝕(ReactiveIonEtching