本區的作用在於利用照相顯微縮小的技術,定義出每一層次所需要的電 路圖,因為採用感光劑易曝光,得在黃色燈光照明區域內工作,所以叫做「黃光區」。
微影成像(雕像術;lithography)
決定組件式樣(pattern)尺寸(dimension)以及電路接線(routing)
在黃光室內完成,對溫.溼度維持恆定的要求較其它製程高
一個現代的集成電路(IC)含有百萬個以上的獨立組件,而其尺寸通常在數微米,在此種尺寸上,並無一合適的機械加工機器可以使用,取而代之的是微電子中使用紫外光的圖案轉換(Patterning),這個過程是使用光學的圖案以及光感應膜來將圖案轉上基板,此種過程稱為 光刻微影(photolithography),此一過程的示意圖說明於下圖
光刻微影技主要在光感應薄膜,稱之為光阻,而光阻必須符合以下五點要求:
1.光阻與基板面黏著必須良好。
2.在整個基板上,光阻厚度必須均勻。
3.在各個基板上,光阻厚度必須是可預知的。
4.光阻必須是感光的,所以才能做圖案轉換。
5.光阻必須不受基板蝕刻溶液的侵蝕。
在光刻微影過程,首先為光阻塗布,先將適量光阻滴上基板中心,而基板是置於光阻塗布機 的真空吸盤上,轉盤以每分鐘數千轉之轉速,旋轉 30-60 秒,使光阻均勻塗布在基板上,轉速與旋轉時間,依所需光阻厚度而定。
曝照於紫外光中,會使得光阻的溶解率改變。紫外光通過光罩照射於光阻上,而在光照及陰 影處產生相對應的圖形,而受光照射的地方,光阻的溶解率產生變化,稱之為光化學反應, 而陰影處的率沒有變化,這整個過稱之為曝光(exposure)。在曝光之後,利用顯影劑來清洗基板 ,將光阻高溶解率部份去除,這個步驟,稱之為顯影(Development),而光阻去除的部份依不 同型態的光阻而有不同,去除部份可以是被光照射部份或是陰影部份,如果曝光增加光阻的 溶解率,則此類光阻為正光阻,如果曝光降低光阻的溶解率,則稱此類光阻為負光阻。在顯影后,以蝕刻液來蝕刻含在有圖案(pattern)光阻的基板蝕刻液去除未受光阻保護的基板部份 ,而受光阻保護部份,則未受蝕刻。最後,光阻被去除,而基板上則保有被制的圖案。
黃光製程:
1.上光阻
2.軟烤(預烤): 90 ~ 100度C ~ 30 min <~~使光阻揮發變硬一點o
3.曝光顯像
4.硬烤: 200度C ~ 30 min <~~把剩下的揮發氣體完全揮發使其更抗腐蝕,但不可烤太久因為最後要把光阻去掉o
相關儀器材料:
1.光阻(photoresist) 2.光罩(mask) 3.對準機(mask aligner)
4.曝光光源(exposure source) 5.顯像溶液(develope solution) 6.烤箱(heating oven)
光阻: 1.正光阻:曝光區域去除 2.負光阻:曝光區域留下
曝光光源:
1.可見光 4000 ~ 7000 埃
2.紫外線 < 4000 埃 (深紫外線 0.25um 最多到0.18um , 找不到合適的光阻及
散熱問題,但解析很好,可整片曝光。
3. X光 ~ 10 埃 (可整片曝光)
4.電子束視電子能量而定 (速度慢 (直接寫入))波粒雙重性質量愈大波愈小 解
析度和入波長有關電子 9.1*10的負27 kg 就會有波的性質
曝光方式:
1.直接接觸式(contact): 解析度高.光罩壽命短
2.微間距式(proximity): 解析度低.光罩壽命長( 20 ~ 50 um )
3.投射式(projection): 解析度高.鏡片組複雜 , 步進式曝光.速度慢
NA:Numerical Aperture (NA:n sin a)
DOF:Depth of Focus 景深 (NA愈大,W解析度愈小)
解析度 W=0.6 入/NA , 聚焦深度 DOF= +-入/2(NA)2次方
角度愈大,聚焦深度愈窄 , 聚焦深度愈深愈好
光阻主要組成:
1.矩陣物質(Matrix Material;Resin) : 決定光阻之機械特性即,光阻抵抗蝕刻的能
力由此物質決定
2.感光物質 : 決定對光的靈敏度是否成像
3.溶劑 : 使光阻保持液態具揮發性
光阻之相關參數:
1.精確重現圖樣 2.抗腐蝕性良好
3.光學特性:包括解析度光敏度及折射率
4.製程安全相關特性
負光阻優點 :
1.較佳的黏著特性
2.曝光時間短生產快
3.較不受顯像液之稀釋程度及環境溫度影響
4.價格較便宜
蝕刻製程是將電路布局移轉到晶片上之關鍵步驟,包括蝕刻及蝕刻後清洗兩部份,本所現階段以多層導線所需之蝕刻及清洗技術為重點。蝕刻技術開發已完成符合0.15微米世代製程規格之0.2微米接觸窗蝕刻技術以及符合0.18微米世代製程規格(線寬/間距=0.22微米/0.23微米)之鋁導線蝕刻技術;同時完成光阻硬化技術,可提高光阻抗蝕刻性10%~20%;目前之技術重點在於雙嵌入結構蝕刻技術及低介電常數材料蝕刻技術,以搭配銅導線製程達成低電阻、低電容之目標。蝕刻後清洗技術開發已建立基本之氧化層及金屬層蝕刻後清洗能力,目前之技術重點在雙嵌入結構蝕刻後清洗技術,銅導線兼容之光阻去除技術、低介電常數材料兼容之光阻去除技術、銅汙染去除技術等。
經過黃光定義出我們所需要的電路圖,把不要的部份去除掉,此去除的 步驟就稱之為蝕刻,因為它好像雕刻,一刀一刀的削去不必要不必要的木屑,完成作品,期間又利用酸液來腐蝕的,所以叫做「蝕刻區」。
溼式蝕刻: 酸鹼溶液(化學方式) 選擇性高等向蝕刻
1. Through-put 高
2. 設備價格低
3. 溶液更新頻率<=>成本
4. 溶液本身的汙染
優點
1.(through-put)高
2.設備價格低
3.溶液更新頻率<->成本
4.溶液本身的汙染
乾式蝕刻: 電漿蝕刻(Plasma Etching),活性離子蝕刻(R I E)(物理方式)
選擇性低非等向蝕刻撞擊損傷(damages)負面影響:晶格排列因撞擊而偏移
撞擊 -> 能量傳遞 -> 活化能降低 -> 反應加速
蝕刻考慮因素:
1. 選擇性(Selectivity)3. 蝕刻速率(Etching Rate)
2. 等向性(Isotropy)4. 晶片損傷(Damags)
本區的製造過程都在高溫中進行,又稱為「高溫區」,利用高溫給予物 質能量而產生運動,因為本區的機臺大都為一根根的爐管,所以也有人稱為「爐管區」,每一根爐管都有不同的作用。
氧 化
影響熱氧化速率的因素:
1.反應氣體成分
2.溫度
3.晶向
4.晶片攙雜濃度
SiO2良好的絕緣特性導至矽半導體及MOS結構能夠盛行的主要原因.
第一個做出的是Ge半導體Ge(鍺)無良好的氧化物所以分展矽o
化合物半導體GaAS Inp常用在光電因會發光,n和p的濃度提高空乏區寬度變窄,因為技術愈來愈小由0.35到0.07要空乏區不碰到才行,所以要提高濃度o
倍率高:
TEM 穿透式 電子顯微鏡
SEM 掃瞄式 電子顯微鏡
熱(高溫)氧化:(Thermal oxidation)
1.幹氧: O2+si 一> sio2
2.溼氧: H2O + Si 一>sio2 + 2H2
成長速率:
CVD Sio2 >Wet Sio2 > DRY Sio2
品質
CVD Sio2 < Wet SIO2 < Dry Sio2
CVD Sio2:今屬間介電層
Wet Sio2:場氧化層
Dry Sio2:閘極氧化層