半導體制造技術綜述

2016-06-04 08:18:19黃廣龍國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心廣州510000

山東工業技術 2016年11期

黃廣龍（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣州　510000）

半導體制造技術綜述

黃廣龍
（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣州510000）

摘要：半導體技術就是以半導體為材料，制作成組件及集成電路的技術。在半導體技術中，光刻技術和薄膜制備技術是常用的工藝技術。本文介紹了光刻技術和薄膜制備技術現狀和進展情況。

關鍵詞：半導體；光刻；圖形；薄膜；沉積

0　引言

人來研究半導體器件已經超過135年［1］。尤其是進近幾十年來，半導體技術迅猛發展，各種半導體產品如雨后春筍般地出現，如柔性顯示器、可穿戴電子設置、LED、太陽能電池、3D晶體管、VR技術以及存儲器等領域蓬勃發展。本文針對半導制造技術的演變和主要內容的研究進行梳理簡介和統計分析，了解半導體制造技術的專業技術知識，掌握該領域技術演進路線，同時提升對技術的理解和把握能力。

1　半導體技術

半導體制造技術是半導體產業發展的基礎，制造技術水平的高低直接影響半導體產品的性能及其發展。光刻，刻蝕，沉積，擴散，離子注入，熱處理和熱氧化等都是常用的半導體制造技術［2］。而光刻技術和薄膜制備技術是半導體制造技術中最常用的工藝，下面主要對以上兩種技術進行簡介和分析。

2　光刻技術

主流的半導體制造過程中，光刻是最復雜、昂貴和關鍵的制造工藝。大概占成本的1/3以上。主要分為光學光刻和非光學光刻兩大類。據目前所知，廣義上的光刻（通過某種特定方式實現圖案化的轉移）最早出現在1796年，AloysSenefelder發現石頭通過化學處理后可以將圖像轉移到紙上。1961年，光刻技術已經被用于在硅片上制造晶體管，當時的精度是5微米。現在，X射線光刻、電子束光刻等已經開始被用于的半導體制造技術，最小精度可以達到10微米。

光學投影式光刻是半導體制造中最常用的光刻技術，主要包括涂膠/前烘、曝光、顯影、后烘等。非光學光刻技術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準有分辨率（即可以曝光出來的最小特征尺寸）、對準（套刻精度的度量）、產量。

隨著半導體行業的發展，器件的小型化（特征尺寸減小）和集成電路的密集度提高，傳統的光學光刻制造技術開始步入發展瓶頸狀態，其面臨的關鍵技術問題在于如何提高分辨率。

雖然，改進傳統光學光刻制造技術的方法多種，但傳統的光學投影式技術已經處于發展緩慢的階段。與傳統的投影式光刻技術發展緩慢相比，下一代光刻技術比如EUV、E-beam、X-ray、納米壓印等的發展很快。各大光刻廠商紛紛致力于研制下一代光刻技術，如三星的極紫外光刻、尼康的浸潤式光刻等。目前先進的光刻技術主要集中在國外，國內的下一代光刻技術和光刻設備發展相對較為滯后。

3　薄膜制備技術

半導體制造工藝中，在硅片上制作的器件結構層絕大多數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，其一維尺寸（厚度）遠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氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）和物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）兩種。化學氣相沉積利用化學反應生成所需的薄膜材料，常用于各種介質材料和半導體材料的沉積，如SiO2， poly-Si， Si3N4等［3］。物理氣相沉積利用物理機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—形成連續膜。為了滿足半導體工藝和器件要求，通常情況下關注薄膜的一下幾個特性：（1）臺階覆蓋能力；（2）低的膜應力；（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，是薄膜制備技術的關鍵技術問題。我們都希望薄膜在不平整襯底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易導致膜應力、電短路等問題。而高的深寬比間隙填充能力則有利于半導體器件的進一步微型化及其性能的提高。同時，低的膜應力對所沉積的薄膜而言也是非常重要的。