光刻技術(shù)圖形轉(zhuǎn)移工藝一:照相技術(shù)的啟發(fā)
不管是氧化、淀積還是擴(kuò)散、離子注入,這些單項(xiàng)工藝本身對(duì)硅晶圓片各個(gè)不同的位置沒(méi)有任何選擇性,它們都是對(duì)整個(gè)硅晶圓片進(jìn)行處理,不涉及任何圖形。
集成電路是由成千上萬(wàn)個(gè)甚至上億個(gè)晶體管等元器件集成的,而這些元器件也許類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、尺寸都不同。IC制造的精髓是能夠?qū)C設(shè)計(jì)者的要求轉(zhuǎn)移到硅晶圓片上,因此在集成電路制造流程中,有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題必須要解決,那就是如何在一片硅晶圓片上定義、區(qū)分和制造出不同類(lèi)型、不同結(jié)構(gòu)以及不同尺寸的元器件?又如何把這些數(shù)以億計(jì)的元器件集成在一起獲得預(yù)期的電路功能?
答案只有一個(gè),那就是集成電路制造需要圖形轉(zhuǎn)移工藝,它主要包括兩部分,即光刻工藝與刻蝕工藝。
一、照相技術(shù)的啟發(fā)
光刻工藝是一種圖像復(fù)印技術(shù),是集成電路制造工藝中一項(xiàng)關(guān)鍵的工藝。簡(jiǎn)單地說(shuō),光刻受到照相技術(shù)的啟發(fā),利用光刻膠感光后特性發(fā)生改變的原理,將光刻掩膜版的圖形精確地復(fù)印到涂在硅晶圓片上的光刻膠上,然后利用光刻膠作為掩膜保護(hù),在晶圓片表面的掩膜層上進(jìn)行選擇性加工(刻蝕或注入),從而在晶圓片上獲得相應(yīng)的電路圖形結(jié)構(gòu)。
光刻工藝是加工集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝。在主流制造工藝的單項(xiàng)工藝中,該工藝最為復(fù)雜、成本最為昂貴。它對(duì)各層薄膜的圖形及摻雜區(qū)域的確定起著決定性作用。通常用光刻次數(shù)和所需光刻掩膜版的個(gè)數(shù)來(lái)表示某集成電路制造工藝的難易程度。
光刻工藝原理與我們通常的照相技術(shù)相類(lèi)似,基本過(guò)程為:
1、在硅晶圓片上涂上一層光刻膠(又稱(chēng)光致抗蝕劑,一種光敏材料),這層光刻膠相當(dāng)于印相紙。用預(yù)先制作好的有一定圖形的光刻掩膜版(相當(dāng)于印相時(shí)的底片)蓋上。
2、 對(duì)涂有光刻膠的晶圓片進(jìn)行曝光,此過(guò)程相當(dāng)于印相時(shí)的感光。光刻膠感光后其特性發(fā)生改變,正膠的感光部分變得容易溶解,而負(fù)膠則相反。
3、對(duì)晶圓片進(jìn)行顯影。正膠經(jīng)過(guò)顯影后被溶解,只留下未受光照的部分形成圖形;而負(fù)膠則相反,受到光照的部分會(huì)變得不易溶解,經(jīng)過(guò)顯影后,留下光照部分形成圖形。之后對(duì)晶圓片進(jìn)行刻蝕,便可在晶圓片表面的掩膜層上割制出所需的圖形。
4、用去膠法把涂在晶圓片上的感光膠去掉。
光刻工藝是制作半導(dǎo)體器件和集成電路制造的關(guān)鍵工藝。將光刻工藝和其它集成電路工藝,如摻雜工藝、薄膜制備工藝等相結(jié)合,便可以完成半導(dǎo)體器件和集成電路的制作。