芯片是如何被制造出來的？芯片光刻流程詳解

　　在集成電路的制造過程中，有一個重要的環節——光刻，正因為有了它，我們才能在微小的芯片上實現功能。現代刻劃技術可以追溯到190年以前，1822年法國人Nicephore niepce在各種材料光照實驗以后，開始試圖復制一種刻蝕在油紙上的印痕(圖案)，他將油紙放在一塊玻璃片上，玻片上涂有溶解在植物油中的瀝青。經過2、3小時的日曬，透光部分的瀝青明顯變硬，而不透光部分瀝青依然軟并可被松香和植物油的混合液洗掉。通過用強酸刻蝕玻璃板，Niepce在1827年制作了一個d’Amboise主教的雕板相的復制品。

　　Niepce的發明100多年后，即第二次世界大戰期間才第一應用于制作印刷電路板，即在塑料板上制作銅線路。到1961年光刻法被用于在Si上制作大量的微小晶體管，當時分辨率5um，如今除可見光光刻之外，更出現了X-ray和荷電粒子刻劃等更高分辨率方法。

　　所謂光刻，根據維基百科的定義，這是半導體器件制造工藝中的一個重要步驟，該步驟利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫幾何圖形結構，然后通過刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉移到所在襯底上。這里所說的襯底不僅包含硅晶圓，還可以是其他金屬層、介質層，例如玻璃、SOS中的藍寶石。

　　光刻的基本原理是利用光致抗蝕劑(或稱光刻膠)感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。

　　光刻原理意圖

　　光刻不是一個簡單的過程，它要經歷很多步驟：

　　光刻的工序

　　下面我們來詳細介紹一下光刻的工序：

　　一、清洗硅片(Wafer Clean)

　　清洗硅片的目的是去除污染物去除顆粒、減少針孔和其它缺陷，提高光刻膠黏附性

　　基本步驟：化學清洗——漂洗——烘干。

　　硅片經過不同工序加工后，其表面已受到嚴重沾污，一般講硅片表面沾污大致可分在三類：

　　A. 有機雜質沾污： 可通過有機試劑的溶解作用，結合超聲波清洗技術來

　　去除。

　　B. 顆粒沾污：運用物理的方法可采機械擦洗或超聲波清洗技術來去除粒徑 ≥ 0.4 μm顆粒，利用兆聲波可去除 ≥ 0.2 μm顆粒。

　　C. 金屬離子沾污：必須采用化學的方法才能清洗其沾污，硅片表面金屬雜質沾污有兩大類：

　　a. 一類是沾污離子或原子通過吸附分散附著在硅片表面。

　　b. 另一類是帶正電的金屬離子得到電子后面附著(尤如“電鍍”)到硅片表面。

　　硅拋光片的化學清洗目的就在于要去除這種沾污，一般可按下述辦法進行清洗去除沾污。

　　a. 使用強氧化劑使“電鍍”附著到硅表面的金屬離子、氧化成金屬，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。

　　b. 用無害的小直徑強正離子(如H+)來替代吸附在硅片表面的金屬離子，使之溶解于清洗液中。

　　c. 用大量去離水進行超聲波清洗，以排除溶液中的金屬離子。

　　自1970年美國RCA實驗室提出的浸泡式RCA化學清洗工藝得到了廣泛應用，1978年RCA實驗室又推出兆聲清洗工藝，近幾年來以RCA清洗理論為基礎的各種清洗技術不斷被開發出來，例如：美國FSI公司推出離心噴淋式化學清洗技術、美國原CFM公司推出的Full-Flow systems封閉式溢流型清洗技術、美國VERTEQ公司推出的介于浸泡與封閉式之間的化學清洗技術(例Goldfinger Mach2清洗系統)、美國SSEC公司的雙面檫洗技術(例M3304 DSS清洗系統)、 日本提出無藥液的電介離子水清洗技術(用電介超純離子水清洗)使拋光片表面潔凈技術達到了新的水平、以HF / O3為基礎的硅片化學清洗技術。

　　二、預烘和底膠涂覆(Pre-bake and Primer Vapor)

　　由于光刻膠中含有溶劑，所以對于涂好光刻膠的硅片需要在80度左右的。硅片脫水烘焙能去除圓片表面的潮氣、增強光刻膠與表面的黏附性、通常大約100 °C。這是與底膠涂覆合并進行的。

　　底膠涂覆增強光刻膠(PR)和圓片表面的黏附性。廣泛使用: (HMDS)六甲基二硅胺、在PR旋轉涂覆前HMDS蒸氣涂覆、PR涂覆前用冷卻板冷卻圓片。

　　預烘和底膠蒸氣涂覆