芯片制造光刻步驟詳解

芯片前道制造可以劃分為七個環(huán)節(jié)，即沉積、涂膠、光刻、去膠、烘烤、刻蝕、離子注入。主要工藝可分為沉積、光刻、刻蝕、離子注入。根據(jù)公開資料， 光刻耗時環(huán)節(jié)占晶圓制造全流程的40%到50%。光刻工藝成本占芯片生成成本的30% 。

光刻步驟

沉積工藝后，在硅片或晶圓上形成了一層薄膜，下一步就是光刻。 光刻所用到的工具主要是光掩膜，***還有光刻膠 。

光掩模是芯片的藍圖，是一張刻有集成電路版圖的玻璃遮光板。光刻膠別稱光致抗蝕劑，在光刻工藝中用作抗腐蝕涂層材料，也是把光影化為現(xiàn)實的一種膠體。

***又名掩膜對準曝光機，曝光系統(tǒng)，光刻系統(tǒng)等，采用類似照片沖印的技術(shù)，把掩膜版上的精細圖形通過光線的曝光印制到硅片（或晶圓）上。

光刻原理類似于日常使用相機進行拍攝。光刻膠類似于相機膠片的感光材料，能將鏡頭所對準的影像轉(zhuǎn)移到塑膠底片上并最終在相紙上顯現(xiàn)出來。一般的光刻工藝主要經(jīng)歷以下流程，

1.旋涂光刻膠，使光刻膠均勻分布在襯底表面。

2.軟烘使溶劑從光刻膠中揮發(fā)出來。從而提高光刻膠襯底上的附著性。

3.曝光，光刻膠中的感光劑會發(fā)生光化學反應(yīng)。被照射區(qū)域化學成分發(fā)生變 化 。

4.顯影正光刻膠的感光區(qū)，負光刻膠的非感光區(qū)，會溶解于顯影液中，以形成圖形 。

5.后烘可以除去光刻膠中剩余的溶劑。增強光刻膠對硅片表面的附著力 。

光刻膠

光刻膠（photoresist）是一類對輻照敏感，由碳、氫、氧等元素組成的有機高分子化合物 。在其中含有一種可以由特定波長的光引發(fā)化學反應(yīng)的感光劑（PAC：Photoactive compound）。光刻膠對黃光不感光，所以半導(dǎo)體光刻工藝車間都使用黃光照明。

按照曝光后化學反應(yīng)原理和溶解度變化分類，光刻膠可以分為正性光刻膠和負性光刻膠。（如下圖所示，UV輻射下，正膠和負膠留下的圖形并不相同）

光刻膠在經(jīng)過曝光后， 正性光刻膠被曝光區(qū)域可溶于顯影液，留下的光刻膠薄膜的圖形與掩膜版相同 。正膠通常含有三種主要成分，酚醛樹脂，感光劑和有機溶劑。曝光前的光刻膠基本上不溶于顯影液。

在曝光時，正膠因為吸收光能而導(dǎo)致化學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（如下圖所示，正膠發(fā)生斷鏈），在顯影液中的溶解度比曝光前高出很多（約100倍）。顯影后，感光部分光刻膠被溶解去除。

負性光刻膠被曝光區(qū)域不溶于顯影液，所形成的圖像與掩膜版相反 。負膠是一種含有感光劑的聚合物。曝光時，感光劑將吸收的光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能而引起鏈反應(yīng)，聚合物分子間發(fā)生交聯(lián)（如下圖所示），形成不溶于顯影液的高分子交聯(lián)聚合物。顯影后，未感光部分的光刻膠被去除。

總結(jié)

光刻的原理比較簡單，但是在實際集成電路制造方面比較繁瑣。隨著制程工藝進一步縮小，從早期的2um以上，到現(xiàn)在的7nm以下，以及最新的Intel 20A技術(shù)路線圖，對光刻的要求也越來越高。