半導(dǎo)體制造技術(shù)綜述

黃廣龍（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州　510000）

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半導(dǎo)體制造技術(shù)綜述

黃廣龍
（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣州510000）

摘要：半導(dǎo)體技術(shù)就是以半導(dǎo)體為材料，制作成組件及集成電路的技術(shù)。在半導(dǎo)體技術(shù)中，光刻技術(shù)和薄膜制備技術(shù)是常用的工藝技術(shù)。本文介紹了光刻技術(shù)和薄膜制備技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展情況。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；光刻；圖形；薄膜；沉積

0　引言

人來研究半導(dǎo)體器件已經(jīng)超過135年［1］。尤其是進(jìn)近幾十年來，半導(dǎo)體技術(shù)迅猛發(fā)展，各種半導(dǎo)體產(chǎn)品如雨后春筍般地出現(xiàn)，如柔性顯示器、可穿戴電子設(shè)置、LED、太陽能電池、3D晶體管、VR技術(shù)以及存儲器等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。本文針對半導(dǎo)制造技術(shù)的演變和主要內(nèi)容的研究進(jìn)行梳理簡介和統(tǒng)計分析，了解半導(dǎo)體制造技術(shù)的專業(yè)技術(shù)知識，掌握該領(lǐng)域技術(shù)演進(jìn)路線，同時提升對技術(shù)的理解和把握能力。

1　半導(dǎo)體技術(shù)

半導(dǎo)體制造技術(shù)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，制造技術(shù)水平的高低直接影響半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能及其發(fā)展。光刻，刻蝕，沉積，擴(kuò)散，離子注入，熱處理和熱氧化等都是常用的半導(dǎo)體制造技術(shù)［2］。而光刻技術(shù)和薄膜制備技術(shù)是半導(dǎo)體制造技術(shù)中最常用的工藝，下面主要對以上兩種技術(shù)進(jìn)行簡介和分析。

2　光刻技術(shù)

主流的半導(dǎo)體制造過程中，光刻是最復(fù)雜、昂貴和關(guān)鍵的制造工藝。大概占成本的1/3以上。主要分為光學(xué)光刻和非光學(xué)光刻兩大類。據(jù)目前所知，廣義上的光刻（通過某種特定方式實現(xiàn)圖案化的轉(zhuǎn)移）最早出現(xiàn)在1796年，AloysSenefelder發(fā)現(xiàn)石頭通過化學(xué)處理后可以將圖像轉(zhuǎn)移到紙上。1961年，光刻技術(shù)已經(jīng)被用于在硅片上制造晶體管，當(dāng)時的精度是5微米?，F(xiàn)在，X射線光刻、電子束光刻等已經(jīng)開始被用于的半導(dǎo)體制造技術(shù)，最小精度可以達(dá)到10微米。

光學(xué)投影式光刻是半導(dǎo)體制造中最常用的光刻技術(shù)，主要包括涂膠/前烘、曝光、顯影、后烘等。非光學(xué)光刻技術(shù)主要包括極深紫外光刻（EUV）、電子束光刻（E-beam Lithography）、X射線光刻（X-ray lithography）。判斷光刻的主要性能標(biāo)準(zhǔn)有分辨率（即可以曝光出來的最小特征尺寸）、對準(zhǔn)（套刻精度的度量）、產(chǎn)量。

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，器件的小型化（特征尺寸減小）和集成電路的密集度提高，傳統(tǒng)的光學(xué)光刻制造技術(shù)開始步入發(fā)展瓶頸狀態(tài)，其面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題在于如何提高分辨率。

雖然，改進(jìn)傳統(tǒng)光學(xué)光刻制造技術(shù)的方法多種，但傳統(tǒng)的光學(xué)投影式技術(shù)已經(jīng)處于發(fā)展緩慢的階段。與傳統(tǒng)的投影式光刻技術(shù)發(fā)展緩慢相比，下一代光刻技術(shù)比如EUV、E-beam、X-ray、納米壓印等的發(fā)展很快。各大光刻廠商紛紛致力于研制下一代光刻技術(shù)，如三星的極紫外光刻、尼康的浸潤式光刻等。目前先進(jìn)的光刻技術(shù)主要集中在國外，國內(nèi)的下一代光刻技術(shù)和光刻設(shè)備發(fā)展相對較為滯后。

3　薄膜制備技術(shù)

半導(dǎo)體制造工藝中，在硅片上制作的器件結(jié)構(gòu)層絕大多數(shù)都是采用薄膜沉積的方法完成。薄膜的一般定義為在襯底上生長的薄固體物質(zhì)，其一維尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于另外二維的尺寸。常用的薄膜包括: SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉積方法分為化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）和物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）兩種?；瘜W(xué)氣相沉積利用化學(xué)反應(yīng)生成所需的薄膜材料，常用于各種介質(zhì)材料和半導(dǎo)體材料的沉積，如SiO2， poly-Si， Si3N4等［3］。物理氣相沉積利用物理機(jī)制制備所需的薄膜材料，常用于金屬薄膜的制備，如Al， Cu， W， Ti等。沉積薄膜的主要分為三個階段：晶核形成—聚集成束—形成連續(xù)膜。為了滿足半導(dǎo)體工藝和器件要求，通常情況下關(guān)注薄膜的一下幾個特性：（1）臺階覆蓋能力；（2）低的膜應(yīng)力；（3）高的深寬比間隙填充能力；（4）大面積薄膜厚度均勻性；（5）大面積薄膜介電電學(xué)折射率特性；（6）高純度和高密度；（7）與襯底或下層膜有好的粘附能力。臺階覆蓋能力以及高的深寬比間隙填充能力，是薄膜制備技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)問題。我們都希望薄膜在不平整襯底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易導(dǎo)致膜應(yīng)力、電短路等問題。而高的深寬比間隙填充能力則有利于半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步微型化及其性能的提高。同時，低的膜應(yīng)力對所沉積的薄膜而言也是非常重要的。

圖1　因應(yīng)力造成的薄膜表面龜裂

4　結(jié)語

雖然，與不斷更新?lián)Q代的半導(dǎo)產(chǎn)品相比，半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展較為緩慢，大部分制造技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。但是，隨著不斷發(fā)展的半導(dǎo)體行業(yè)，必然會對半導(dǎo)體制造技術(shù)的提出更高的要求，以滿足半導(dǎo)體產(chǎn)品的快速發(fā)展。因此，掌握和了解半導(dǎo)體制造技術(shù)的相關(guān)專利知識有利于推進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Most of the classic device papers are collected in S.M Sze，Ed.，Semiconductor Devices:Pioneering Papers，World Sci. ，Singapore，1991.

［2］劉恩科.半導(dǎo)體物理學(xué)［M］.第7版，電子工業(yè)出版社，2008.

［3］麻蒔立男. 薄膜制備技術(shù)基礎(chǔ)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.038