半导体工艺之十步图案化(一)

文摘   2024-07-08 00:03   北京  

图案化是一系列在晶圆表面层上建立所需物理“部件”(组件)的形状、尺寸和位置的过程。本章介绍了基本的十步光刻过程的前四步,并对光刻胶化学进行了讨论。


图案化也被称为光刻、光罩、掩膜、氧化物去除(OR)、金属去除(MR)和微光刻。图案化是半导体加工中最关键的操作之一。它是在晶圆表面上为设备和电路的部件设定尺寸的过程。操作的目标是双重的:在晶圆表面上创建一个具有在IC或设备设计阶段确定的尺寸的图案(见下图所示)。


正确地将电路图案放置在晶圆上,相对于晶圆的晶体取向,以及以一种所有分层部件都对齐的方式(见下图所示)。


图案化过程也称为光刻、光罩、掩膜、氧化物去除(OR)、金属去除(MR)和微光刻。图案化是半导体加工中最关键操作之一。它是设定晶圆表面上设备和电路部件尺寸的过程。操作的目标有两个:

在晶圆表面上创建一个图案,其尺寸在IC或设备的设计阶段就已经确定(见下图所示)。

正确地将电路图案放置在晶圆上,相对于晶圆的晶体取向,并且以一种方式使得所有分层部件都能对齐(见下图所示)。

有许多过程变化,但有两个结果。要么晶圆表面层的特定部分被移除(孔),要么晶圆表面层的特定部分被保留(岛),如下图所示。

正确的放置被称为各种电路图案和层的对准或注册。一个IC晶圆制造过程可能需要40个或更多的单独图案化(或掩膜)步骤。这种注册要求类似于正确对齐建筑物的不同楼层。可以很容易地想象,电梯井和楼梯井的不对齐会使建筑物变得无用。在电路中,掩膜层的不对齐可能会使整个电路失效。


此外,光刻过程还必须控制所需的尺寸和缺陷水平。考虑到每个图案化操作中的步骤数量以及掩膜层的数量,掩膜过程是缺陷的主要来源。图案化过程中的每个掩膜步骤都会引入变化。图案化过程是一种在后续章节中详细解释的权衡和平衡。


光罩过程概述 光刻是一种多步骤的图案转移过程,类似于摄影和模板印刷。它首先从电路设计开始,然后将其转换为设备和电路的各个部分的三维尺寸。接下来,绘制表面的X-Y(表面)尺寸、形状和对齐(复合图)。然后,复合体被分离成各个掩膜层(掩膜集)。这些电子信息被加载到图案发生器中。图案发生器中的信息反过来用于创建光罩和光罩。或者,这些信息可以用来直接将图案转移到晶圆上的曝光和对准工具。


在晶圆表面层上创建各个层图案的三种主要技术是:

在石英板上的铬层上复制特定芯片层的图案(光罩)。然后使用这个光罩来创建一个带有整个晶圆图案的光罩。或者,光罩可以直接用于使用称为步进器的工具直接对晶圆表面层进行图案化(见后面详细介绍)。


或者,图案发生器中的电路层信息(尺寸、形状、对齐等)可以用来直接引导电子束或其他光源到晶圆表面(直接写入)(见后面详细介绍)。

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