微影技术持续精进 促半导体工业飞跃性成长

编辑:ME个性网 发布时间:2018-08-25 浏览:

  晚期半导体工业在光学微影手艺(OpticalLithography)支撑下,不只能够连续改善集成电路的元件特征,单一元件的集积度大幅提拔,不只使制形成本压低,也让产物的机能连续提拔,但光学微影手艺终究有其利用制约,特别在面临更细小的线路制程需求时,就会有其利用瓶颈与制约发生,这时非光学微影术逐步遭到注重,以至成为半导体将来腾跃性成长的环节性手艺。

  微影术(Lithography)能够说是半导体财产的根本,集成电路、半导体之所以得以倏地成长,芯片功效越来越多、单价却越来越廉价,说是归功于微影术的协助能够说是一点都不为过,特别是芯片的庞大规模曾经自LSI(large-scaleintegratedcircuit,单一元件内到达1,000个以内的逻辑闸),扩展至VLSI(verylarge-scaleintegratedcircuit,单一元件内到达1万个以内的逻辑闸),以至到达集积100万个逻辑闸的ULSI(ultralargescaleintegratedcircuit,单一元件内达10万个以内的逻辑闸)的集积度程度,而在面临越来越多逻辑闸的集成需求,原有的制程手艺曾经遭到极大应战。

  集成电路IC制程的环节手艺,即微影手艺,也是半导体系体例造流程中最环节的焦点手艺,以存储器DRAM(DynamicRandomAccessMemory)集成电路元件为例,阐发每个世代的DRAM产物大约仅能因应市场需求约2至3年,而每个晶粒(Die)的尺寸越小,代表着单一晶圆能够容纳的芯片(Die)数越多,为连续保有市场所作力,DRAM财产的Die单元面积则是以每年以25%~30%尺寸缩减速率进行,不只芯片的体积逐年递减,单元晶圆能够切割的芯片数也正连续添加。

  从现实的产物检视发觉,DRAM自256K前进到1MDRAM,光是设想法则就能缩小0.6~0.7倍程度,而这个进展趋向跟着容量添加微缩体积比例也越来越大,但微缩比例也在64M、256MDRAM逐渐呈现微缩比例趋缓征象。

  而终端元器件单元体积连续趋近物理极限后,芯片业者为了连续保有本钱劣势,随即往单片晶圆的面积扩风雅面动手,透过单片晶圆面积上的扩展,保有单批产量在Die数量上的发展极限。但操纵单晶圆尺寸的扩张,也顶多仅能治本而无奈治标,为了保有半导体财产连续发展的动力,半导体业者被迫必要投入更多资本,进行加快或升级现有微影手艺的制造方案。

  在分歧微影手艺方中,此中光学微影术是最主要的项目,半导体工业飞跃性成长由于光学微影术的本钱效益佳,也最适合集成于半导体的量产加工使用需求,光学微影术制程与设施有关进阶改进也连续进行,即便在其它新鲜制程正踊跃被开辟、集成下,先辈光学微影手艺仍会在半导体业界中维持其环节职位地方。目前光学微影在因应0.18微米制程需求仍算游刃不足,但若再连续微缩化成长,光学微影手艺也会有其使用极限。

  光学微影会跃升为半导体系体例程支流的缘由在于,光学微影可使用于大量出产、制作,且有速率快、分辩率佳、本钱低廉等劣势,是其它微影或进阶微影制程所难以望其项背的。但在连续往高分辩率、高集积度的制作需求挪动时,则必需考量其它非光学微影术才能到达的超高分辩率表示,比方电子束微影术(E-beamlithographysystem)、X光微影术(X-raylithographysystem;XRL)、离子投影术(IonBeamProjectionlithographysystem;IPL),与极短紫外光微影术(EUVlithographysystem)等。

  电子束曝光手艺可处置小于0.1微米分辩率的制造需求,晚期受限于设施较高贵、产量低等问题,使得电子束微影术无奈好像光学步进机如许进行集成电路芯片的大量出产。

  电子束微影术凡是被用在开辟新世代产物用处,而电子束曝光手艺不需光罩、可节流光罩本钱劣势,在0.18、0.15微米以下制程有其利用效益。别的,电子束曝光手艺相较深紫外光微影术利用的相位转移光罩(phaseshiftmask;PSM)与光学近接效应的批改型光罩(Opticalproximitycorrection;OPC),有制造坚苦度低、成底细对低廉等劣势,电子束微影术已成为半导体系体例程进化的主要选项之一。

  但电子束曝光术仍有出产速率较慢的问题,目前电子束曝光术较普遍利用在新鲜的研发元件出产使用上,比方针对Gate及contacthole的曝光处置等,将来若要真正在大量出产时导入电子束曝光术,则必要在产速长进行更大的手艺冲破。

  X光微影手艺则分歧于正常微影手艺,X光微影手艺利用光源为波长较短的微影处置,现实为使用近接式(proximity)1:1曝光情势进行处置,特别是同步辐射之X光在光学特征上为险些平行、无聚焦景深与分辩率问题。

  X光微影的投射光源均为自同步辐射光源引出,搭配多层光学反射镜与光学滤镜处置获得其特殊波长,但正常光罩并无奈无效地让X光穿透,X光利用的光罩为由特殊材质作为光罩基板与重金属作为X光接收剂,搭配X光步进机节制搭配光罩的图形进行一比一情势将线路移转至硅芯片之上。而因为X光微影术为利用近接式曝光,曝光分辩率由光之波长、光罩与硅芯片间之Gap决定,为到达0.13微米或更高的分辩率威力,难度也因而大增。

  X光微影术较大的问题是,无奈以缩小投影型式进行曝光,而出产光罩即必要搭配极高切确度的处置,以至光罩出产历程必要以高于晶圆曝光历程更高的切确度,透过出产高品质光罩搭配X光微影术才能阐扬进阶制作效益。目前由于搭配利用的光罩手艺仍有相当多瓶颈须降服,即使如斯,微影技术持续精进 促半导体财产仍对X光微影术寄予厚望。

  离子投影术为欧洲重点钻研的集成电路制程方式,为操纵离子束进行投影衰落影处置,制造历程中需搭配StencilMask遮挡不需离子束映照的部份,但因为离子入射会因StencilMask鼓膜材质发生严峻的散射征象,导致其制造分辩率低落,不外近年来已针对分辩率提拔成长通道式StencilMask,使其射入之离子低落散射角度。

  但离子投影制程也颇多问题尚待处理,比方,StencilMask自身发生的热效应须在制作历程搭配冷却轮回安装,构成体系趋于庞大;而离子投影术每次曝光的面积很大,在出产时有速率快、产能高劣势,只适合大量出产。

  EUVL极短紫外光微影术为使用雷射通入Xe气体所发生的光芒nm,制程曝光需在真空下进行,体系镜片均为反射式镜片,所搭配的光罩与保守使用的光学光罩并分歧,光罩概况必要相对高度平展。

  紫外光微影术较浩劫题是需搭配defect-free、高度平展水平的光罩基底(MaskBlank),并搭配可检测、修补光罩的设施偕同运转进行制程。因应半导体财产所需的高精度制程与连续维持30%的本钱优化,EUVL极短紫外光微影术可无效削减多重曝光步调,天然能够低落晶圆的加工本钱,即使设施单价昂扬,仿照照旧吸引半导体厂踊跃投入设施投资与连续关心有关手艺进展。半导体工业在光学微影手艺的协助下,持久构成连续且倏地的发展态势,但光学微影在面临更细密的制程已起头呈现使用瓶颈,特别在小于0.1微米或更细密的制程,必需利用先辈光学微影或非光学微影术予以降服?

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