常見的加工工藝有四種類型,分別是圖形化技術(shù)(光刻)、摻雜技術(shù)、鍍膜技術(shù)和刻蝕技術(shù)。具體工藝包括光刻(lithography)、離子注入(ion implantation)、快速退火(rapid thermal process,RTP),等離子體增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、濺射(sputtering)、干法刻蝕和濕法腐蝕等。
一、圖形化技術(shù)(光刻)
圖形化技術(shù)一般指光刻工藝,它是半導(dǎo)體技術(shù)得以迅猛發(fā)展的最重要推力之一,起始于印刷技術(shù)中的照相制版技術(shù)。光刻技術(shù)讓人們得以在微納尺寸上通過光刻膠呈現(xiàn)任何圖形,并與其它工藝技術(shù)結(jié)合后將圖形轉(zhuǎn)移至材料上,實現(xiàn)人們對半導(dǎo)體材料與器件的各種設(shè)計和構(gòu)想。光刻技術(shù)使用的光源對圖形精度有直接的影響,光源類型一般有紫外、深紫外、X射線以及電子束等,它們對應(yīng)的圖形精度按上述順序依次提升。標準的光刻工藝流程包括表面處理、勻膠、前烘、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅膜和檢查等步驟。
基片表面通常會吸附空氣中的H2O分子,這對光刻效果很不利,所以首先需要對基片進行脫水處理,這就是烘烤。對于表面為親水性的基片,它們與疏水的光刻膠之間的附著力不足,這樣會引發(fā)光刻膠脫落或圖形移位等問題,所以需要在表面涂一層增黏劑。目前應(yīng)用較多的增黏劑是六甲基乙硅氮烷(hexa-methyl-disilazane,HMDS)與三甲基甲硅烷基二乙胺(tri-methyl-silyl-diethyl-amine, TMSDEA)。
表面處理完成后,開始勻涂光刻膠。勻膠后的光刻膠厚度除了與光刻膠本身的黏性有關(guān)外,還受勻膠時所采用的轉(zhuǎn)速影響,一般可粗略地認為,光刻膠厚度與轉(zhuǎn)速的平方根成反比。勻膠結(jié)束后,需要通過烘烤使光刻膠的溶劑揮發(fā)出來,這樣可以進一步提高光刻膠的黏附力,該過程即前烘。
上述步驟一切就緒后,就來到了曝光環(huán)節(jié)。光刻膠有正膠和負膠之分,兩者曝光后的性質(zhì)恰好相反。以正膠舉例,未經(jīng)曝光的光刻膠不溶于顯影液,曝光后則易溶于顯影液。曝光時,光源透過有圖形的掩膜版照射到勻膠后的基片上,使光刻膠圖形化受光。通常情況下,在曝光前需將基片與掩膜版對準,以精準控制曝光位置。曝光時長須嚴格把握,過長或過短都會導(dǎo)致圖形失真。曝光后,有時需要再烘烤一下基片,以消除駐波的影響,但這一步驟不是必須的,可跳過它直接進行顯影。
將基片放于顯影液中令曝光的光刻膠溶解的過程就是顯影,目的是把掩膜版上的圖形準確地復(fù)
制到光刻膠上。顯影時長也須嚴格把握,時間太短顯影不徹底,太長則圖形失真。
接下來是堅膜,通過進一步的烘烤使光刻膠薄膜更牢固地黏附在基片表面,還可增加膠膜的抗刻蝕能力,堅膜溫度一般略高于前烘溫度,最后利用顯微鏡檢查圖形是否符合預(yù)期.。
經(jīng)過其它工藝將圖形轉(zhuǎn)移至材料上后,光刻膠便完成它的使命,需要將其去掉。去膠有濕法和干法兩種,前者利用溶解能力強的有機溶劑(一般采用丙酮)將膠膜溶解,后者利用氧等離子體將膠膜刻蝕去除。