微細加工技術

1、微細加工技術微細加工技術09機一09010129王瑞一.微細加工技術現(xiàn)狀微細加工技術現(xiàn)狀1990年微細加工技術的生產水平是100μm到08μm。到1994年16MDRAM64MDRAM已生產254MDRAM也將投入生產。16—64MDRAM用03μm~04μm的微細加工技術。256MDRAM用025μm的加工技術。目前實驗室已做出1000MDRAM的產品。也就是說01μm~008m的微細加工技術不久也將投入生產。當前微細加工技術的動向是

2、:一方面將生產16—64MDRAM的設備進行改進以提高生產率另一方面是開發(fā)新工藝、新設備。微細加工技術的關鍵是曝光技術和干蝕技術。我們將以這兩方面為重點介紹微細加工技術的現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。116—64MDRAM生產技術的改進當前生產16MDRAM的設備一般都能生產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上述三種裝置都能生產1464MD

3、RAM器件其中NSR4425i能生產256MDRAM器件光刻水平達到025μm。這三種設備校正系統(tǒng)都經過改進穩(wěn)定性大大提高。同時對干涉反射鏡曲線進行補正。干涉光路進行空調使精度大大提高。另外對放大倍率也進行補償和修正。使誤差控制在10nm以下。使用準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)良的設備由于它采用了混合和匹配平臺能生產16M、64M、256MDRAM器件。場尺寸達44mm44mm主流場為22

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

5、on光學系數(shù)。它采用兩個消色透鏡兩個棱鏡一個主透鏡構成光學系統(tǒng)曝光場較大故而生產率較高。曝光時片上得到的能量較大故而曝光時間短由于它采用混合式和匹配式的平板印刷方法使生產線成本低而產量高。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64MDRAM器件并且產量也較高成本較低。1.2.1電子束直接掃描系統(tǒng)的優(yōu)點電子束直接掃描系統(tǒng)的優(yōu)點如表3所示

6、從表3.看出它有很多優(yōu)點主要是成本低開發(fā)期短適應性強特別適合科研單位和小批量生產用。若是每日生產250枚片以下用電子束直接掃描系統(tǒng)生產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)雖然其電子束偏轉范圍有限(3mm~5mm)但其掃描面而半導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，微細加工技術正由微米、亞微米、亞半微米一直向納米級和量子化方向發(fā)展。除了lC技術外，液晶顯示器(L

7、CO)技術、微機械技術和光電子技術的發(fā)展同樣離不開微細加工技術水平的提高。人們越來越感到以微細加工技術為支柱的微電子技術正在成為一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)，成為國際競爭的焦點。因此許多發(fā)達國家目前都加大了在微細加工技術研究方面的投資強度，以期取得微細加工技術領域的領先地位。微細加工技術包括曝光技術(即光刻技術)、刻蝕技術、淺結摻雜技術、超薄膜形成技術等。其中的曝光技術是微細加工技術的核心。2.1國外微細加工技術在Ic方面的成就國外微細加

8、工技術在IC工業(yè)方面取得了很大的成就。表1是AM發(fā)展所要求達到的光刻技術水平和近年來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護個元器件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了個元器件。由表5不難看到，國外在微細加工技術研究方面取得的進展是很快

9、的，以致于每隔幾年就能推出一代產品。以下是生產256MAM所需達到的微細加工技術水平:光刻0.25微米(套刻精度士0.08微米，線寬控制0.04微米)，無機且能真空處理的全干刻蝕劑技術，0.1微米以下淺結技術，低溫工藝仁平坦化，全干法加工、刻蝕、清洗，CVO鋁和銅金屬化，全自動化。2.2國外微細加工技術在半導體器件研究方面的成就國外微細加工技術在半導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，電子已經停止了粒子活動，開始轉化為類似波的活動。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加工技術制作出了與電子相干長度相當?shù)募{米結構(包括量子線、量子點陣、量子點接觸等)，并對其物理過程進行了廣泛的研究，提出了電子波器件的可能性。美國《物理評論》雜志指

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