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第6章光刻技术与刻蚀工艺
TextbookandReferences
IC制造的工艺流程图
材料IC生产厂房
电介质沉测试
金属化化学机械
抛光积
晶圆
封装
注入与光刻蚀与光
加热工艺
刻胶剥离刻胶剥离
掩模版
最终测试
光刻工艺
IC设计
目标(Objectives)
学完本章之后,你应该能够:
•列出组成光刻胶的四个成分
•叙述正负光刻胶间的差异
•叙述光刻工艺的程序
•列出四种对准和曝光系统
•叙述晶圆在晶圆轨道机、步进机整合系统中
的移动方式
•说明分辨率和焦深、波长及数字孔径的关系
•熟悉刻蚀的专门用语
•能够辨别湿式刻蚀与干式刻蚀工艺的差别
•列出四种IC工艺中被刻蚀的材料以及干式刻
蚀中主要使用的光刻胶
•叙述IC生产制造中的刻蚀工艺
•对于刻蚀工艺的伤害性有所警觉
1.概述
基本工艺步骤:平面工艺技术已广泛应用于现今的
集成电路(IC)工艺。显示平面工艺的几个主要步骤
包含氧化(oxidation)、光刻(lithography)、离子
注入(ionimplantation)和金属化(metallization)。
氧化:高品质SiO2的成功开发,是
推动硅(Si)集成电路成为商用产品主
流的一大动力。一般说来,SiO2可
作为许多器件结构的绝缘体,或在
器件制作过程中作为扩散或离子注
入的阻挡层。如在p-n结的制造过程
中,SiO2薄膜可用来定义结的区域。
图(a)显示一无覆盖层的硅晶片,正
准备进行氧化步骤。在氧化步骤结
束后,一层SiO2就会均匀地形成在
晶片表面。为简化讨论,图(b)只显
示被氧化晶片的上表层。
光刻技术被用来界定p-n结的几何形状。
在形成SiO2之后,利用高速旋转机,在晶
片表面旋涂一层对紫外光敏感的材料,称
为光刻胶(photoresist)。将晶片从旋转机
拿下之后[图(c)],在80ºC~100ºC之间烘
烤,驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶,
加强光刻胶与晶片的附着力。如图(d)示,
下一个步骤用UV光源,通过一有图案的掩
模版对晶片进行曝光。被光刻胶覆盖的晶
片在其曝光的区域将依据光刻胶的型态进
行化学反应。而被暴露在光线中的光刻胶
会进行聚合反应,且在光刻胶中不易去除。
聚合物区域在晶片放进显影剂(developer)
后仍然存在,而未被曝光区域(在不透明掩
模版区域之下)会溶解并被洗去。
图(a)为显影后的晶片。晶片再
次于120℃~180℃之间烘烤
20min,以加强对衬底的附着
力和即将进行的刻蚀步骤的抗
蚀能力。然后使用缓冲氢氟酸
作酸刻蚀液来移除没有被光刻
胶保护的二氧化硅表面,如图
4(b)示。最后用化学溶剂或等
离子体氧化系统剥离(stripped)
光刻胶。图(c)显示光刻步骤之
后,没有氧化层区域(一个窗户)
的最终结果。晶片此时已经完
成准备工作,可接着用扩散或
离子注入步骤形成p-n结。
扩散中,没有被SiO2保护的半
导体表面暴露在相反型态的高
浓度杂质中。杂质利用固态扩
散方式,进入半导体晶格。离
子注入时,将欲掺杂的高能
杂质离子加速,然后注入半导
体内。SiO2可作为阻挡杂质扩
散或离子注入的阻挡层。在扩
散或离子注入步骤之后,p-n结
已经形成,如图(d)所示。由于
被注入的离子横向扩散或横向
散开(lateralstraggle,又译横
向游走)的关系,p型区域会比
所开的窗户稍微宽些。
在掺杂步骤之后,欧姆接触和连
线在接着的金属化步骤完成
[图(e)]。金属薄膜可以用
PVD和CVD来形成。光刻
步骤再度用来定义正面接触
点,如
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