淺析半導體行業圖形化工藝之光刻工藝

　　圖形化工藝是要在晶圓內和表面層建立圖形的一系列加工，這些圖形根據集成電路中物理“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。這個工藝過程的目標有兩個：

　　1. 在晶圓中和表面上產生圖形，這些圖形的尺寸在集成電路或器件設計階段建立。

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

　　除了兩個結果外，有許多工藝變化。或者限定晶圓表面層被去除部分，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準或注冊。一種集成電路工藝要求40個以上獨立地光刻步驟。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準。很容易想象，如果建筑物每一層和每一層不能很好地對準，那么它會對電梯以及樓梯帶來什么樣地影響。在一個電路中，如果每層和他的上一層不能很好的對準可能會導致整個電路的失效。

　　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和掩膜層數，掩模工藝是主要的缺陷來源。在圖形化工藝中每個掩模步驟貢獻不同。圖形化工藝是一個折中和權衡的過程。

　　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以過程。開始將電路設計轉化成器件和電路的各個部分的三個維度。接下來繪出X-Y的尺寸、形狀和表面對準的復合圖。然后將復合圖分割成單獨掩膜層。這個電子信息被加載到圖形發生器中。來自圖形發生器的信息又被用來制造放大掩模版和光刻掩模版。或者信息可以驅動曝光和對準設備來直接將圖形轉移到晶圓上。

　　有三種主要技術被用于在晶圓表面層產生獨立層圖形。它們是：

　　1. 復制在一塊石英板上鉻層的芯片專門層的圖形。依此使用reticle來產生一個攜帶用以整個晶圓圖形的光掩模。

　　2. Reticle 可以使用步進光刻機，直接用于晶圓表面層的圖形。

　　3. 在圖形發生器中的電路層的信息可以直接用于引導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準和曝光步驟使用放大掩模版或光刻掩模版。圖形轉移是通過兩步來完成的。首先，圖形被轉移到光刻層。光刻膠類似膠卷上所涂的感光物質。曝光后會導致它滋生性質和結構的變化。光刻膠被曝光的部分由可溶性物質變成了非溶性物質。這種光刻膠被稱為負膠，這種化學變化稱為聚合。通過化學溶劑把可以溶解的部分去掉，就會在光刻膠層留下一個孔，這個孔和掩模版或光刻母版不透光的部分相對應。

　　第二次圖形轉移時從光刻膠層到晶圓層。當刻蝕劑把晶圓表面沒有被光刻膠蓋住的部分去掉時，圖形轉移就發生了。光刻膠的化學性決定了它不會在化學刻蝕溶劑中溶解或時慢慢溶解;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。空洞的形成是由于在掩模版上有一部分是不透光的。如果掩模版的圖形是由不透光的區域決定的，則稱為亮場掩模版，如下圖所示。而在一個暗場掩模版中，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，就會在晶圓表面留下島區，如下右圖所示。

　　剛剛我們介紹了對光有負效應的光刻膠，稱為負膠。同樣還有對光有正效應的光刻膠，稱為正膠。光可以改變正交的化學結構從不可溶到可溶。這種變化稱為光致溶解。下圖顯示了用正膠和亮場掩膜版在晶圓表面產生島區的情況。

　　顯示了用不同極性的掩膜版和不同極性的光刻膠相結合二產生的結果。通常來講，我們是根據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

　　把圖像從掩膜版轉移到晶圓表面是由多個步驟來完成的。特征圖形尺寸、對準容限、晶圓表面情況和光刻層數都會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。我們所演示的這個工藝過程是一個亮場掩膜版和負膠相作用的過程。

　　下面就是這十步工藝的具體流程。

　　下節小編繼續為大家講解光刻工藝。