路图案是掩模上的图案1/10、1/5、1/4,因此步进重复曝光机也称为“缩小投影曝光装置”。
而决定步进重复曝光机性能有两大要素:一个是光的波长,另一个是透镜的数值孔径。
如果想要缩小硅片上的晶体管尺寸,就需要寻找能合理使用的波长更短的光(EUV,极紫外线)和数值孔径更大的透镜(受透镜材质影响,有极限值)。
溶解部分光刻胶,对曝光后的硅片进行显影处理。
以正光刻胶为例,喷射强碱性显影液后,经紫外光照射的光刻胶会发生化学反应,在碱溶液作用下发生化学反应,溶解于显影液中,而未被照射到的光刻胶图形则会完整保留。
显影完毕后,要对硅片表面的进行冲洗,送入烘箱进行热处理,蒸发水分以及固化光刻胶。
然后进入蚀刻阶段。
将硅片浸入内含蚀刻药剂的特制刻蚀槽内,可以溶解掉暴露出来的硅片部分,而剩下的光刻胶保护着不需要蚀刻的部分。
期间施加超声振动,加速去除硅片表面附着的杂质,防止刻蚀产物在硅片表面停留造成刻蚀不均匀。
下一步是清除光刻胶。
通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理,去除所有光刻胶。
此时就可以完成第一层设计好的电路图案。
重复第6-8步,由于现在的晶体管已经3DFinFET设计,不可能一次性就能制作出所需的图形,需要重复第6-8步进行处理,中间还会有各种成膜工艺(绝缘膜、金属膜)参与到其中,以获得最终的3D晶体管。
接下来是离子注入阶段。
在特定的区域,有意识地导入特定杂质的过程称为“杂质扩散”。
通过杂质扩散可以控制导电类型(P结、N结)之外,还可以用来控制杂质浓度以及分布。
现在一般采用离子注入法进行杂质扩散,在离子注入机中,将需要掺杂的导电性杂质导入电弧室,通过放电使其离子化,经过电场加速后,将数十到数千keV能量的离子束由硅片表面注入。
离子注入完毕后的硅片还需要经过热处理,一方面利用热扩散原理进一步将杂质“压入”硅中,另一方面恢复晶格完整性,活化杂质电气特性。
离子注入法具有加工温度低,可均匀、大面积注入杂质,易于控制等优点,因此成为超大规模集成电路中不可缺少的工艺。
再次清除光刻胶。完成离子注入后,可以清除掉选择性掺杂残留下来的光刻胶掩模。
此时,单晶硅内部一小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素,从而产生可自由电子或空穴。
绝缘层处理,此时晶体管雏形已经基本完成,利用气相沉积法,在硅晶圆表面全面地沉积一层氧化硅膜,形成绝缘层。
同样利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上
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