淺析半導(dǎo)體行業(yè)圖形化工藝之光刻工藝

　　圖形化工藝是要在晶圓內(nèi)和表面層建立圖形的一系列加工，這些圖形根據(jù)集成電路中物理“部件”的要求來確定其尺寸和位置。

　　圖形化工藝還包括光刻、光掩模、掩模、去除氧化膜、去除金屬膜和微光刻。圖形化工藝是半導(dǎo)體工藝過程中最重要的工序之一，它是用在不同的器件和電路表面上建立圖形的工藝過程。這個(gè)工藝過程的目標(biāo)有兩個(gè)：

　　1. 在晶圓中和表面上產(chǎn)生圖形，這些圖形的尺寸在集成電路或器件設(shè)計(jì)階段建立。

　　2. 將電路圖形相對(duì)于晶圓的晶向及以所有層的部分對(duì)準(zhǔn)的方式，正確地定位于晶圓上。

　　除了兩個(gè)結(jié)果外，有許多工藝變化?；蛘呦薅ňA表面層被去除部分，或者限定晶圓表面層留下部分。

　　正確地放置被稱為各種電路圖形地對(duì)準(zhǔn)或注冊(cè)。一種集成電路工藝要求40個(gè)以上獨(dú)立地光刻步驟。圖形定位地要求就好像是一幢建筑物每一層之間所要求地正確對(duì)準(zhǔn)。很容易想象，如果建筑物每一層和每一層不能很好地對(duì)準(zhǔn)，那么它會(huì)對(duì)電梯以及樓梯帶來什么樣地影響。在一個(gè)電路中，如果每層和他的上一層不能很好的對(duì)準(zhǔn)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路的失效。

　　此外，光刻工藝必須控制所要求的尺寸和缺陷水平。給出在每次圖形化操作中的步驟數(shù)和掩膜層數(shù)，掩模工藝是主要的缺陷來源。在圖形化工藝中每個(gè)掩模步驟貢獻(xiàn)不同。圖形化工藝是一個(gè)折中和權(quán)衡的過程。

　　光刻工藝概述

　　光刻刻蝕工藝是和照相、蠟紙印刷比較接近的一種多步驟的圖形轉(zhuǎn)以過程。開始將電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成器件和電路的各個(gè)部分的三個(gè)維度。接下來繪出X-Y的尺寸、形狀和表面對(duì)準(zhǔn)的復(fù)合圖。然后將復(fù)合圖分割成單獨(dú)掩膜層。這個(gè)電子信息被加載到圖形發(fā)生器中。來自圖形發(fā)生器的信息又被用來制造放大掩模版和光刻掩模版。或者信息可以驅(qū)動(dòng)曝光和對(duì)準(zhǔn)設(shè)備來直接將圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。

　　有三種主要技術(shù)被用于在晶圓表面層產(chǎn)生獨(dú)立層圖形。它們是：

　　1. 復(fù)制在一塊石英板上鉻層的芯片專門層的圖形。依此使用reticle來產(chǎn)生一個(gè)攜帶用以整個(gè)晶圓圖形的光掩模。

　　2. Reticle 可以使用步進(jìn)光刻機(jī)，直接用于晶圓表面層的圖形。

　　3. 在圖形發(fā)生器中的電路層的信息可以直接用于引導(dǎo)電子束或其他源到晶片表面。

　　這里描述的十步基本圖形化工藝在對(duì)準(zhǔn)和曝光步驟使用放大掩模版或光刻掩模版。圖形轉(zhuǎn)移是通過兩步來完成的。首先，圖形被轉(zhuǎn)移到光刻層。光刻膠類似膠卷上所涂的感光物質(zhì)。曝光后會(huì)導(dǎo)致它滋生性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化。光刻膠被曝光的部分由可溶性物質(zhì)變成了非溶性物質(zhì)。這種光刻膠被稱為負(fù)膠，這種化學(xué)變化稱為聚合。通過化學(xué)溶劑把可以溶解的部分去掉，就會(huì)在光刻膠層留下一個(gè)孔，這個(gè)孔和掩模版或光刻母版不透光的部分相對(duì)應(yīng)。

　　第二次圖形轉(zhuǎn)移時(shí)從光刻膠層到晶圓層。當(dāng)刻蝕劑把晶圓表面沒有被光刻膠蓋住的部分去掉時(shí)，圖形轉(zhuǎn)移就發(fā)生了。光刻膠的化學(xué)性決定了它不會(huì)在化學(xué)刻蝕溶劑中溶解或時(shí)慢慢溶解;它們是抗刻蝕的，因此被稱為抗蝕劑或是光致抗蝕劑。

　　在上圖中，晶圓表面形成了孔洞?？斩吹男纬墒怯捎谠谘谀０嫔嫌幸徊糠质遣煌腹獾?。如果掩模版的圖形是由不透光的區(qū)域決定的，則稱為亮場(chǎng)掩模版，如下圖所示。而在一個(gè)暗場(chǎng)掩模版中，在掩膜版上圖形是用相反的方式編碼的。如果按照同樣的步驟，就會(huì)在晶圓表面留下島區(qū)，如下右圖所示。

　　剛剛我們介紹了對(duì)光有負(fù)效應(yīng)的光刻膠，稱為負(fù)膠。同樣還有對(duì)光有正效應(yīng)的光刻膠，稱為正膠。光可以改變正交的化學(xué)結(jié)構(gòu)從不可溶到可溶。這種變化稱為光致溶解。下圖顯示了用正膠和亮場(chǎng)掩膜版在晶圓表面產(chǎn)生島區(qū)的情況。

　　顯示了用不同極性的掩膜版和不同極性的光刻膠相結(jié)合二產(chǎn)生的結(jié)果。通常來講，我們是根據(jù)控制尺寸和防止缺陷的要求來選擇光刻膠和掩膜版極性，從而使電路工作的。

　　光刻十步法工藝過程

　　把圖像從掩膜版轉(zhuǎn)移到晶圓表面是由多個(gè)步驟來完成的。特征圖形尺寸、對(duì)準(zhǔn)容限、晶圓表面情況和光刻層數(shù)都會(huì)影響到特定光刻工藝的難易程度和每一步驟的工藝。許多光刻工藝都被定制成特定的工藝條件。然而，大部分都是基本光刻十步法的變異或選項(xiàng)。我們所演示的這個(gè)工藝過程是一個(gè)亮場(chǎng)掩膜版和負(fù)膠相作用的過程。

　　下面就是這十步工藝的具體流程。

　　下節(jié)小編繼續(xù)為大家講解光刻工藝。