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制造工艺

半导体工艺(三)在晶圆上绘制电路的光刻工艺

光刻工艺类似于洗印黑白照片

人们经常将 Photo Lithography(光刻)缩写成 Photo。得此名称的原因是,这个工艺在晶 圆上利用光线来照射带有电路图形的光罩,从而绘制电路。形成图形的方法类似于在洗印黑 白照片时,将在胶片上形成的图像印在相纸上。 随着半导体集成度的提高,构成芯片的单元元 件也要使用微工艺做得更小。由于微电路图形 的实现也全由光刻工艺决定,因此集成度越高, 光刻工艺技术就越需要更精细和更高级的技术。

晶圆电路图形制造准备阶段

那么我们开始正式了解一下光刻工艺是如何进 行的吧!首先,使用电脑系统设计(计算机辅助设计, CAD, computer-aided design)将要在晶圆上绘制的电路。依照电路图形(Pattern)所设计的图中包含工程师设计的精密电路,其精密度决定半导体的集成度。

制造具有照片底片一样作用的光罩

▲ 光罩(Photo Mask)

设计好的电路图形通过在由高纯度石英加工而 成的基板上形成含铬(Cr)的微电路,从而成 为光罩。光罩也称为掩膜,相当于可以反映电路模图形的胶卷,具有照片底片的功能。为了形成更精细的图形(Patterning),光罩比半导 体电路制作的更大,并且利用透镜减来少光的 照射。 光刻工艺可以细分为涂胶、曝光、显影。

氧化膜的形成方法

现在在晶圆上作画的准备工作已完成。下一步 是在晶圆表面均匀涂抹对光敏感的物质——光刻 胶(PR, Photo Resist)。这就像冲洗照片一样, 是将晶圆变成相纸的过程。为了获得更高质量的微电路图形,光刻胶(PR)膜必须薄且均匀,且对光要具有高度敏感性。

通过光线在晶圆上绘制电路的曝光

通过涂胶工序,形成光刻胶(PR)膜,使晶圆成为类似于相纸 的状态后,使用曝光设备(步进式光 刻机,Steper)使光穿过包含电路图形的光罩,将电路印在晶圆上。这个过程叫做“曝光”(Steper Exposure)。半导体工艺中的曝光是指 选择性地照射光的工序。

光刻工艺的最后一个阶段是显影(Develop),与 照片的显影过程一样。显影过程决定图形的形 成,所以非常重要。显影(Develop) 是在晶圆上 喷洒显影液后,选择性的去除曝光区和非曝光 区,从而形成电路图形的工序。 均匀涂抹在晶圆上的光刻胶(PR)根据其对光的 反应方式分为正性(positive)或负性 (negative)。在正性光刻胶的情况下,留下未曝 光的区域,而在负性光刻胶的情况下,仅使用曝光的区域。 显影过程结束后,光刻工艺就完成了。在用各种测量设备和光学显微镜仔细检查图形是否绘制好之后,只有完成这些工序的晶圆才能进入下一 个工程阶段。