半導(dǎo)體光刻（光刻） - 基本過(guò)程

集成電路(IC)的制造需要在半導(dǎo)體(例如，硅)襯底上執(zhí)行的各種物理和化學(xué)過(guò)程。通常，用于制造 IC 的各種工藝分為三類(lèi)：薄膜沉積、圖案化和半導(dǎo)體摻雜。導(dǎo)體（例如多晶硅、鋁和最近的銅）和絕緣體（各種形式的二氧化硅、氮化硅等）的薄膜用于連接和隔離晶體管及其組件。硅的各個(gè)區(qū)域的選擇性摻雜允許硅的導(dǎo)電性隨著電壓的施加而改變。通過(guò)創(chuàng)建這些不同組件的結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)建數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管并將其連接在一起以形成現(xiàn)代微電子設(shè)備的復(fù)雜電路。

lithography 這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)lithos，意思是石頭，以及graphia，意思是書(shū)寫(xiě)。字面意思是寫(xiě)在石頭上。在半導(dǎo)體光刻（也稱為光刻）的情況下，我們的石頭是硅晶片，我們的圖案是用一種稱為光刻膠的光敏聚合物寫(xiě)成的。為了構(gòu)建構(gòu)成晶體管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和連接電路中數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管的多條導(dǎo)線，光刻和蝕刻圖案轉(zhuǎn)移步驟至少要重復(fù) 10 次，但更常見(jiàn)的是要制作 20 到 30 次才能制作一個(gè)電路.?印刷在晶片上的每個(gè)圖案都與先前形成的圖案對(duì)齊，然后慢慢地構(gòu)建導(dǎo)體、絕緣體和選擇性摻雜區(qū)域以形成最終器件。

可以通過(guò)兩種方式理解光刻的重要性。首先，由于 IC 制造需要大量光刻步驟，光刻通常占制造成本的 30% 左右。其次，光刻往往成為進(jìn)一步縮小特征尺寸、從而降低晶體管速度和硅面積的技術(shù)限制。顯然，在開(kāi)發(fā)光刻工藝時(shí)，必須仔細(xì)理解成本和能力之間的權(quán)衡。盡管光刻肯定不是 IC 制造流程中唯一具有技術(shù)重要性和挑戰(zhàn)性的工藝，但從歷史上看，光刻技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)限制了 IC 成本和性能的進(jìn)步。

光學(xué)平版印刷術(shù)基本上是一種照相工藝，通過(guò)該工藝，一種稱為光刻膠的光敏聚合物被曝光和顯影，以在基材上形成三維浮雕圖像。通常，理想的光刻膠圖像在基板平面上具有設(shè)計(jì)或預(yù)期圖案的精確形狀，并且具有貫穿抗蝕劑厚度的垂直壁。因此，最終的抗蝕劑圖案是二元的：基板的一部分被抗蝕劑覆蓋，而其他部分則完全未被覆蓋。圖案轉(zhuǎn)移需要這種二元圖案，因?yàn)楦采w有抗蝕劑的基板部分將受到保護(hù)，免受蝕刻、離子注入或其他圖案轉(zhuǎn)移機(jī)制的影響。

典型光刻工藝的處理步驟的一般順序如下：襯底制備、光刻膠旋涂、預(yù)烘烤、曝光、曝光后烘烤、顯影和后烘烤?？刮g劑剝離是光刻工藝中的最終操作，在抗蝕劑圖案已轉(zhuǎn)移到下層之后。這個(gè)序列如圖 1-1 所示，通常是在幾個(gè)連接在一起的工具上執(zhí)行的，這些工具被稱為光刻集群。下面簡(jiǎn)要討論每個(gè)步驟，指出光刻膠處理中涉及的一些實(shí)際問(wèn)題。有關(guān)這些主題的更多信息將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)討論。

基材制備旨在提高光刻膠材料對(duì)基材的附著力。這是通過(guò)以下一種或多種工藝完成的：基材清潔以去除污染物，脫水烘烤以去除水分，以及添加粘合促進(jìn)劑?；奈廴究梢圆捎梦⒘；虮∧さ男问?，可以是有機(jī)的或無(wú)機(jī)的。微粒會(huì)導(dǎo)致最終抗蝕劑圖案出現(xiàn)缺陷，而薄膜污染會(huì)導(dǎo)致附著力差和隨后的線寬控制損失。微粒通常來(lái)自空氣中的微?；蚴芪廴镜囊后w（例如，臟的助粘劑）?？刂莆⒘Ｎ廴镜淖钣行Х椒ㄊ窍鼈兊膩?lái)源。由于這并不總是可行的，因此使用化學(xué)/機(jī)械清潔來(lái)去除顆粒。有機(jī)薄膜，例如油或聚合物，可能來(lái)自真空泵和其他機(jī)械、人體油脂和汗水，以及先前加工步驟留下的各種聚合物沉積物。這些薄膜通常可以通過(guò)化學(xué)、臭氧或等離子體剝離來(lái)去除。類(lèi)似地，無(wú)機(jī)薄膜，如天然氧化物和鹽，可以通過(guò)化學(xué)或等離子剝離去除。一種類(lèi)型的污染物——吸附水——最容易通過(guò)高溫過(guò)程去除，稱為脫水烘烤。

脫水烘烤，顧名思義，是通過(guò)在 200°C 至 400°C 的溫度下烘烤（通常持續(xù) 30 至 60 分鐘）來(lái)去除基材表面的水分。然后讓基材冷卻（優(yōu)選在干燥環(huán)境中）并盡快涂覆。需要注意的是，如果將水置于潮濕（非干燥）環(huán)境中，水會(huì)重新吸附在基材表面上。脫水烘烤還可有效揮發(fā)有機(jī)污染物，進(jìn)一步清潔基材。通常，處理步驟的正常順序包括緊接在用光刻膠涂覆之前的某種類(lèi)型的高溫工藝，例如熱氧化。如果在高溫步驟后立即涂覆基材，則可以消除脫水烘烤。然而，典型的脫水烘烤，不能完全去除二氧化硅基材（包括硅、多晶硅、氧化硅和氮化硅）表面的水分。表面硅原子與形成硅烷醇基團(tuán) (SiOH) 的單層水緊密結(jié)合。需要超過(guò) 600°C 的烘烤溫度才能去除這最后一層水 [1.1]。此外，當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。
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審核編輯：湯梓紅