集成电路制造工艺探析
众所周知,大多数半导体流程都发生在硅片顶层的几微米以内。这一有源区对应于工艺流程的前端工艺。所有硅上方的材料都是互联芯片上各个器件所需的分层结构的一部分。为了增加多层金属及绝缘层,工艺流程要求硅片在不同工艺步骤中循环。在制造一块高性能的微芯片,只需要多次运用有限的几种工艺。
集成电路制造就是在硅片上执行一系列复杂的化学或者物理操作。这些操作概括为四大基本类:薄膜制作(layer)、刻印(pattern)、刻蚀和掺杂。即使在制造一个简单的单个MOS管也不例外,。
硅片上的氧化物通过生长或淀积的方法产生,在升温的环境里,通过外部供给高纯氧气使之与硅衬底反应,可以在硅片上得到一层热生长的氧化层。高温氧化工艺发生在硅片制造厂的扩散区域,是硅片进入制造过程的第一步工艺。通常硅上热生长氧化层的温度在750°C~1100°C之间。硅上生长的氧化层称为热氧化硅(thermal oxide)或热二氧化硅(SiO2)硅的氧化物只有这一种,这两个词可以互换。氧化膜在制造芯片过程中主要用途为:保护器件免划伤和隔离玷污;限制带点载流子场区隔离,达到表面钝化;作为栅氧或储存器单元结构中的介质材料;保证掺杂忠的注入掩蔽;成为金属导电层的介质层。
光刻处于硅片加工过程的中心,也是集成电路制造的关键步骤,光刻的成本占整个硅片加工成本的30%,光刻要用到光敏光刻胶或光刻胶,光刻胶作为一种聚合可溶物被涂在衬底表面,然后光刻胶被烘焙出去溶剂,光刻胶是涂在硅片表面上的临时材料,仅仅是为了图形转移,一旦图形经过刻蚀或者离子注入就要被去掉。
投影掩模板是一个石英板,它包括了要在硅片上重复生成的图形。就好像投影用的电影胶片的底片一样。这种图形可能仅包含一个管芯,也可能是一组管芯。先进的CMOS集成电路可能需要50块以上的掩模板用于在管芯上形成多层图形。每一个投影掩模板都有独一无二的特别图形和特征图形,它被置于硅片表面并通过整个硅片来完成某一层。接下来要讲进行光刻工艺,主要采取负性光刻和正性光刻,负性光刻把与掩模板上图形相反的图形复制到硅片表面。正性光刻把与掩模板上相同的图形复制到硅片上。负性光刻的特征是曝光后,光刻胶会因交联而变得不可溶解,并会硬化。一旦硬化,交联的光刻胶就不能在溶剂中被洗掉。因为光刻胶上的图形与投影掩模板上的图形相反,负性光刻胶是最早应用在半导体光刻工艺中的光刻胶。在正性光刻工艺中,复制到硅片表面上的图形与掩模板的图形一样的被紫外光曝光后的区域经历了一种光化学反应,在显影液中软化并可溶解在其中。用这种方法,曝光的正性光刻胶区域将在显影液中被除去,而不透明的掩模板下的没有被曝光的光刻胶仍保留在硅片上。由于形成的光刻胶上的图形与投影掩模板上的相同,所以这种光刻胶被称为正性胶。保留下来的光刻胶在曝光前被硬化。它将留在硅片表面。作为后步工艺(如刻蚀)的保护层。无论采用正性光刻还是负性光刻都要经历8个基本步骤:(1)气相成底模处理,主要进行清洗、脱水,为了增强硅片和光刻胶的粘性。清洗主要包括湿法清洗和去离子水冲洗以去除玷污物,脱水至干烘焙在一个封闭腔内完成,以去除吸附在硅片表面的大部分水气。(2)旋转涂胶
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