芯片是如何被制造出來(lái)的？芯片光刻流程詳解

　　六、顯影(development)

　　通過(guò)在曝光過(guò)程結(jié)束后加入顯影液，正光刻膠的感光區(qū)、負(fù)光刻膠的非感光區(qū)，會(huì)溶解于顯影液中。這一步完成后，光刻膠層中的圖形就可以顯現(xiàn)出來(lái)。為了提高分辨率，幾乎每一種光刻膠都有專門的顯影液，以保證高質(zhì)量的顯影效果。

　　顯影工序使將在曝光過(guò)程中形成的隱性圖形成為光刻膠在與不在的顯性圖形，以作為下一步加工的膜版。顯影中進(jìn)行的是選擇性溶解的過(guò)程，最重要的是曝光區(qū)和未曝光區(qū)之間溶解率的比值(DR)。商用正膠有大于1000的DR比，在曝光區(qū)溶解速率為3000nm/min，在未曝光區(qū)只有幾nm/min。

　　現(xiàn)在有二種顯影方法，一是濕顯影，他在IC和微加工中正廣泛使用，另一種是干顯影。

　　a、整盒硅片浸沒(méi)式顯影(Batch Development)。

　　缺點(diǎn)：顯影液消耗很大;顯影的均勻性差;

　　b、連續(xù)噴霧顯影(Continuous Spray Development)/自動(dòng)旋轉(zhuǎn)顯影(Auto-rotation Development)。一個(gè)或多個(gè)噴嘴噴灑顯影液在硅片表面，同時(shí)硅片低速旋轉(zhuǎn)(100～500rpm)。噴嘴噴霧模式和硅片旋轉(zhuǎn)速度是實(shí)現(xiàn)硅片間溶 解率和均勻性的可重復(fù)性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)參數(shù)。

　　c、水坑(旋覆浸沒(méi))式顯影(Puddle Development)。噴覆足夠(不能太多，最小化背面濕度)的顯影液到硅片表面，并形成水坑形狀(顯影液的流動(dòng)保持較低，以減少邊緣顯影速率的變 化)。硅片固定或慢慢旋轉(zhuǎn)。一般采用多次旋覆顯影液：第一次涂覆、保持10～30秒、去除;第二次涂覆、保持、去除。然后用去離子水沖洗(去除硅片兩面的 所有化學(xué)品)并旋轉(zhuǎn)甩干。優(yōu)點(diǎn)：顯影液用量少;硅片顯影均勻;最小化了溫度梯度。

　　顯影液：

　　a、正性光刻膠的顯影液。正膠的顯影液位堿性水溶液。KOH和NaOH因?yàn)闀?huì)帶來(lái)可 動(dòng)離子污染(MIC，Movable Ion Contamination)，所以在IC制造中一般不用。最普通的正膠顯影液是四甲基氫氧化銨(TMAH)(標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量濃度為0.26，溫度 15～250C)。在I線光刻膠曝光中會(huì)生成羧酸，TMAH顯影液中的堿與酸中和使曝光的光刻膠溶解于顯影液，而未曝光的光刻膠沒(méi)有影響;在化學(xué)放大光刻 膠(CAR，Chemical Amplified Resist)中包含的酚醛樹脂以PHS形式存在。CAR中的PAG產(chǎn)生的酸會(huì)去除PHS中的保護(hù)基團(tuán)(t-BOC)，從而使PHS快速溶解于TMAH顯 影液中。整個(gè)顯影過(guò)程中，TMAH沒(méi)有同PHS發(fā)生反應(yīng)。

　　b、負(fù)性光刻膠的顯影液。二甲苯。清洗液為乙酸丁脂或乙醇、三氯乙烯。

　　顯影中的常見(jiàn)問(wèn)題：

　　a、顯影不完全(Incomplete Development)。表面還殘留有光刻膠。顯影液不足造成;

　　b、顯影不夠(Under Development)。顯影的側(cè)壁不垂直，由顯影時(shí)間不足造成;

　　c、過(guò)度顯影(Over Development)?？拷砻娴墓饪棠z被顯影液過(guò)度溶解，形成臺(tái)階。顯影時(shí)間太長(zhǎng)。

　　六、堅(jiān)膜 (Hard Bake)

　　刻膠顯影完成后，圖形就基本確定，不過(guò)還需要使光刻膠的性質(zhì)更為穩(wěn)定。硬烘干可以達(dá)到這個(gè)目的，這一步驟也被稱為堅(jiān)膜。在這過(guò)程中，利用高溫處理，可以除去光刻膠中剩余的溶劑、增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片表面的附著力，同時(shí)提高光刻膠在隨后刻蝕和離子注入過(guò)程中的抗蝕性能力。另外，高溫下光刻膠將軟化，形成類似玻璃體在高溫下的熔融狀態(tài)。這會(huì)使光刻膠表面在表面張力作用下圓滑化，并使光刻膠層中的缺陷(如針孔)減少，這樣修正光刻膠圖形的邊緣輪廓。

　　用O2等離子體對(duì)樣品整體處理，以清除顯影后可能的非望殘留叫de-scumming。特別是負(fù)膠但也包括正膠，在顯影后會(huì)在原來(lái)膠-基板界面處殘留聚合物薄層，這個(gè)問(wèn)題在結(jié)構(gòu)小于1um或大深-寬比的結(jié)構(gòu)中更為嚴(yán)重。當(dāng)然在De-scumming過(guò)程中留膠厚度也會(huì)降低，但是影響不會(huì)太大。

　　最后，在刻蝕或鍍膜之前需要硬烤以去除殘留的顯影液和水，并退火以改善由于顯影過(guò)程滲透和膨脹導(dǎo)致的界面接合狀況。同時(shí)提高膠的硬度和提高抗刻蝕性。硬烤溫度一般高達(dá)120度以上，時(shí)間也在20分左右。主要的限制是溫度過(guò)高會(huì)使圖形邊緣變差以及刻蝕后難以去除。

　　方法：熱板，100～1300C(略高于玻璃化溫度Tg)，1～2分鐘。

　　目的：

　　a、完全蒸發(fā)掉光刻膠里面的溶劑(以免在污染后續(xù)的離子注入環(huán)境，例如DNQ酚醛樹脂 光刻膠中的氮會(huì)引起光刻膠局部爆裂);

　　b、堅(jiān)膜，以提高光刻膠在離子注入或刻蝕中保護(hù)下表面的能力;

　　c、進(jìn)一步增強(qiáng)光刻膠與硅片表面之間的黏附性;

　　d、進(jìn) 一步減少駐波效應(yīng)(Standing Wave Effect)。

　　常見(jiàn)問(wèn)題：

　　a、烘烤不足(Underbake)。減弱光刻膠的強(qiáng)度(抗刻蝕能力和離子注入中 的阻擋能力);降低針孔填充能力(Gapfill Capability for the needle hole);降低與基底的黏附能力。

　　b、烘烤過(guò)度(Overbake)。引起光刻膠的流動(dòng)，使圖形精度降低，分辨率變差。另外還可以用深紫外線(DUV，Deep Ultra-Violet)堅(jiān)膜。使正性光刻膠樹脂發(fā)生交聯(lián)形成一層薄的表面硬殼，增加光刻膠的熱穩(wěn)定性。在后面的等離子刻蝕和離子注入(125～2000C)工藝中減少因光刻膠高溫流動(dòng)而引起分辨率的降低。

　　七、刻蝕或離子注入

　　刻蝕(英語(yǔ)：etching)是半導(dǎo)體器件制造中利用化學(xué)途徑選擇性地移除沉積層特定部分的工藝?？涛g對(duì)于器件的電學(xué)性能十分重要。如果刻蝕過(guò)程中出現(xiàn)失誤，將造成難以恢復(fù)的硅片報(bào)廢，因此必須進(jìn)行嚴(yán)格的工藝流程控制。半導(dǎo)體器件的每一層都會(huì)經(jīng)歷多個(gè)刻蝕步驟。

　　刻蝕一般分為電子束刻蝕和光刻，光刻對(duì)材料的平整度要求很高，因此，需要很高的清潔度。 但是，對(duì)于電子束刻蝕，由于電子的波長(zhǎng)極短，因此分辨率與光刻相比要好的多。 因?yàn)椴恍枰谀０?，因此?duì)平整度的要求不高，但是電子束刻蝕很慢，而且設(shè)備昂貴。

　　對(duì)于大多數(shù)刻蝕步驟，晶圓上層的部分位置都會(huì)通過(guò)“罩”予以保護(hù)，這種罩不能被刻蝕，這樣就能對(duì)層上的特定部分進(jìn)行選擇性地移除。在有的情況中，罩的材料為光阻性的，這和光刻中利用的原理類似。而在其他情況中，刻蝕罩需要耐受某些化學(xué)物質(zhì)，氮化硅就可以用來(lái)制造這樣的“罩”。

　　離子注入是一種將特定離子在電場(chǎng)里加速，然后嵌入到另一固體材料之中的技術(shù)手段。使用這個(gè)技術(shù)可以改變固體材料的物理化學(xué)性質(zhì)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造和某些材料科學(xué)研究。離子注入可以導(dǎo)致核轉(zhuǎn)變，或改變某些固體材料的晶體結(jié)構(gòu)。

　　八、光刻膠的去除

　　光刻膠的主要功能是在整個(gè)區(qū)域進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械處理工藝時(shí)，保護(hù)光刻膠下的襯底部分。所以當(dāng)以上工藝結(jié)束之后，光刻膠應(yīng)全部去除，這一步驟簡(jiǎn)稱去膠。只有那些高溫穩(wěn)定的光刻膠，例如光敏感聚酰亞胺，可以作為中間介質(zhì)或緩沖涂層而留在器件上。

　　為避免對(duì)被處理表面的任何損傷，應(yīng)當(dāng)使用低溫下溫和的化學(xué)方法。超聲波的應(yīng)用也可以增強(qiáng)剝離效能。因?yàn)橛懈g問(wèn)題、一些已知的剝離液不能作用與鋁等金屬表面;在此情況下、臭氧或氧等離子體(灰化)是首先采用的。這些等離子體同樣成功地作為非鋁表面的光刻交剝離劑，但是，器件表面的損壞仍是要解決的問(wèn)題。

　　刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去。去膠的方法分類如下：

　　濕法去膠

　　有機(jī)溶劑去膠：利用有機(jī)溶劑除去光刻膠

　　無(wú)機(jī)溶劑：通過(guò)使用一些無(wú)機(jī)溶劑，將光刻膠這種有機(jī)物中的碳元素氧化為二氧化碳，進(jìn)而而將其除去

　　干法去膠：利用等離子體將光刻膠剝除

　　除了這些主要的工藝以外，還經(jīng)常采用一些輔助過(guò)程，比如進(jìn)行大面積的均勻腐蝕來(lái)減小襯底的厚度，或者去除邊緣不均勻的過(guò)程等等。一般在生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片或者其它元件時(shí)，一個(gè)襯底需要多次重復(fù)光刻。

　　以上是光刻的步驟，特此收集給大家，希望指正。