微細(xì)加工技術(shù)

1、微細(xì)加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)09機(jī)一09010129王瑞一.微細(xì)加工技術(shù)現(xiàn)狀微細(xì)加工技術(shù)現(xiàn)狀1990年微細(xì)加工技術(shù)的生產(chǎn)水平是100μm到08μm。到1994年16MDRAM64MDRAM已生產(chǎn)254MDRAM也將投入生產(chǎn)。16—64MDRAM用03μm~04μm的微細(xì)加工技術(shù)。256MDRAM用025μm的加工技術(shù)。目前實(shí)驗(yàn)室已做出1000MDRAM的產(chǎn)品。也就是說01μm~008m的微細(xì)加工技術(shù)不久也將投入生產(chǎn)。當(dāng)前微細(xì)加工技術(shù)的動(dòng)向是

2、:一方面將生產(chǎn)16—64MDRAM的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)以提高生產(chǎn)率另一方面是開發(fā)新工藝、新設(shè)備。微細(xì)加工技術(shù)的關(guān)鍵是曝光技術(shù)和干蝕技術(shù)。我們將以這兩方面為重點(diǎn)介紹微細(xì)加工技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)。116—64MDRAM生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)當(dāng)前生產(chǎn)16MDRAM的設(shè)備一般都能生產(chǎn)64MDRAM。它們主要用縮小投影曝光裝置典型的有NSR—2005i10cEx10BNSR4425i。其主要參數(shù)如表1所示。縮小投影曝光裝置的特點(diǎn)上述三種裝置都能生產(chǎn)1464MD

3、RAM器件其中NSR4425i能生產(chǎn)256MDRAM器件光刻水平達(dá)到025μm。這三種設(shè)備校正系統(tǒng)都經(jīng)過改進(jìn)穩(wěn)定性大大提高。同時(shí)對干涉反射鏡曲線進(jìn)行補(bǔ)正。干涉光路進(jìn)行空調(diào)使精度大大提高。另外對放大倍率也進(jìn)行補(bǔ)償和修正。使誤差控制在10nm以下。使用準(zhǔn)分子激光器使曝光功率下降曝光成本下降。NSR4425i是一種成本較低而性能優(yōu)良的設(shè)備由于它采用了混合和匹配平臺(tái)能生產(chǎn)16M、64M、256MDRAM器件。場尺寸達(dá)44mm44mm主流場為22

4、mm44mm生產(chǎn)256MDRAM器件月產(chǎn)達(dá)2萬只。1.1印刷式曝光機(jī)1.1.1概要它是一種等倍率曝光機(jī)采用混合和匹配平臺(tái)具有“印刷”功能故而又稱它為超技術(shù)步進(jìn)機(jī)。其突出優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)性高而成本低。該類機(jī)中的優(yōu)秀者是224i型。它使用i線作曝光光線大口徑光學(xué)系統(tǒng)超高精度的平臺(tái)曝光光的波長為355~375nm。每小時(shí)能生產(chǎn)200mm片80枚。150mm片105枚。1.1.2結(jié)構(gòu)和特征該裝置的最大特征是采用高性能的1HerShelWynneDys

5、on光學(xué)系數(shù)。它采用兩個(gè)消色透鏡兩個(gè)棱鏡一個(gè)主透鏡構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)曝光場較大故而生產(chǎn)率較高。曝光時(shí)片上得到的能量較大故而曝光時(shí)間短由于它采用混合式和匹配式的平板印刷方法使生產(chǎn)線成本低而產(chǎn)量高。1.2電子束直接掃描系統(tǒng)電子束直接掃描系統(tǒng)也叫無掩膜曝光系統(tǒng)。以前就有這種系統(tǒng)但其產(chǎn)量低未能推廣本文介紹的HL800D電子束直接掃描系統(tǒng)可生產(chǎn)64MDRAM器件并且產(chǎn)量也較高成本較低。1.2.1電子束直接掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)電子束直接掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如表3所示

6、從表3.看出它有很多優(yōu)點(diǎn)主要是成本低開發(fā)期短適應(yīng)性強(qiáng)特別適合科研單位和小批量生產(chǎn)用。若是每日生產(chǎn)250枚片以下用電子束直接掃描系統(tǒng)生產(chǎn)成本較低它比用掩膜曝光成本低得多。電子束直接掃描系統(tǒng)雖然其電子束偏轉(zhuǎn)范圍有限(3mm~5mm)但其掃描面而半導(dǎo)體器件以小尺寸器件為主。為了制備大規(guī)模集成電路(VL引)、超大規(guī)模集成電路(ULSI)和量子器件，微細(xì)加工技術(shù)正由微米、亞微米、亞半微米一直向納米級(jí)和量子化方向發(fā)展。除了lC技術(shù)外，液晶顯示器(L

7、CO)技術(shù)、微機(jī)械技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展同樣離不開微細(xì)加工技術(shù)水平的提高。人們越來越感到以微細(xì)加工技術(shù)為支柱的微電子技術(shù)正在成為一個(gè)國家綜合國力的重要體現(xiàn)，成為國際競爭的焦點(diǎn)。因此許多發(fā)達(dá)國家目前都加大了在微細(xì)加工技術(shù)研究方面的投資強(qiáng)度，以期取得微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。微細(xì)加工技術(shù)包括曝光技術(shù)(即光刻技術(shù))、刻蝕技術(shù)、淺結(jié)摻雜技術(shù)、超薄膜形成技術(shù)等。其中的曝光技術(shù)是微細(xì)加工技術(shù)的核心。2.1國外微細(xì)加工技術(shù)在Ic方面的成就國外微細(xì)加

8、工技術(shù)在IC工業(yè)方面取得了很大的成就。表1是AM發(fā)展所要求達(dá)到的光刻技術(shù)水平和近年來AM的發(fā)展趨勢。需要特別提到的是，1991年，日本日立公司研制成功64MAM，其加工線寬為0.3微米，芯片面積為9.74X20.28平方毫米，集成度為1.21火1護(hù)個(gè)元器件1992年，日本富士通公司推出256MAM，加工線寬為0.2微米，芯片面積為16火25平方毫米，集成度為5.6x1了個(gè)元器件。由表5不難看到，國外在微細(xì)加工技術(shù)研究方面取得的進(jìn)展是很快

9、的，以致于每隔幾年就能推出一代產(chǎn)品。以下是生產(chǎn)256MAM所需達(dá)到的微細(xì)加工技術(shù)水平:光刻0.25微米(套刻精度士0.08微米，線寬控制0.04微米)，無機(jī)且能真空處理的全干刻蝕劑技術(shù)，0.1微米以下淺結(jié)技術(shù)，低溫工藝仁平坦化，全干法加工、刻蝕、清洗，CVO鋁和銅金屬化，全自動(dòng)化。2.2國外微細(xì)加工技術(shù)在半導(dǎo)體器件研究方面的成就國外微細(xì)加工技術(shù)在半導(dǎo)體器件研究方面也取得了很大的成就。1993年，日本東芝公司的研究開發(fā)中心研制成功門長度僅

10、為0.04微米的n溝道MOSFE丁，并且可在室溫下工作。德儀(TI)公司在工993年也研制成功晶體管特征尺寸為0.02微米的集成電路，在該特征尺寸下，電子已經(jīng)停止了粒子活動(dòng)，開始轉(zhuǎn)化為類似波的活動(dòng)。目煎國外研制的日EM下器件的最小柵長僅為25納米。另外，國外也利用高水平的微細(xì)加工技術(shù)制作出了與電子相干長度相當(dāng)?shù)募{米結(jié)構(gòu)(包括量子線、量子點(diǎn)陣、量子點(diǎn)接觸等)，并對其物理過程進(jìn)行了廣泛的研究，提出了電子波器件的可能性。美國《物理評論》雜志指

11、出，以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的電子波器件有可能成為ULsl技術(shù)的基礎(chǔ)，并將導(dǎo)致未來電子學(xué)發(fā)展的一場新革命。國外在lC工業(yè)和半導(dǎo)體器件研究方面所取得的成就無一不得益于微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展?？梢哉f，國外的微細(xì)加工技術(shù)正在朝著物理加工極限發(fā)展。三.光刻技術(shù)的發(fā)展光刻技術(shù)的發(fā)展光刻技術(shù)是微細(xì)加工技術(shù)的核心?？己斯饪碳夹g(shù)的質(zhì)量指標(biāo)主要有分辨率、焦深、生產(chǎn)效率等。對于未來可能應(yīng)用于IC工業(yè)的光刻技術(shù)，目前爭論較多的是光學(xué)光刻和X射線光刻。根據(jù)瑞利公式，投影光