半导体制造技术综述

摘 要：半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。在半导体技术中，光刻技术和薄膜制备技术是常用的工艺技术。本文介绍了光刻技术和薄膜制备技术现状和进展情况。

关键词：半导体；光刻；图形；薄膜；沉积

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038

0 引言

人来研究半导体器件已经超过135年[1]。尤其是进近几十年来，半导体技术迅猛发展，各种半导体产品如雨后春笋般地出现，如柔性显示器、可穿戴电子设置、LED、太阳能电池、3D晶体管、VR技术以及存储器等领域蓬勃发展。本文针对半导制造技术的演变和主要内容的研究进行梳理简介和统计分析，了解半导体制造技术的专业技术知识，掌握该领域技术演进路线，同时提升对技术的理解和把握能力。

1 半导体技术

半导体制造技术是半导体产业发展的基础，制造技术水平的高低直接影响半导体产品的性能及其发展。光刻，刻蚀，沉积，扩散，离子注入，热处理和热氧化等都是常用的半导体制造技术[2]。而光刻技术和薄膜制备技术是半导体制造技术中最常用的工艺，下面主要对以上两种技术进行简介和分析。

2 光刻技术

主流的半导体制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的制造工艺。大概占成本的1/3以上。主要分为光学光刻和非光学光刻两大类。据目前所知，广义上的光刻（通过某种特定方式实现图案化的转移）最早出现在1796年，AloysSenefelder发现石头通过化学处理后可以将图像转移到纸上。1961年，光刻技术已经被用于在硅片上制造晶体管，当时的精度是5微米。现在，X射线光刻、电子束光刻等已经开始被用于的半导体制造技术，最小精度可以达到10微米。

光学投影式光刻是半导体制造中最常用的光刻技术，主要包括涂胶/前烘、曝光、显影、后烘等。非光学光刻技术主要包括极深紫外光刻（EUV）、电子束光刻（E-beam Lithography）、X射线光刻（X-ray lithography）。判断光刻的主要性能标准有分辨率（即可以曝光出来的最小特征尺寸）、对准（套刻精度的度量）、产量。

随着半导体行业的发展，器件的小型化（特征尺寸减小）和集成电路的密集度提高，传统的光学光刻制造技术开始步入发展瓶颈状态，其面临的关键技术问题在于如何提高分辨率。

虽然，改进传统光学光刻制造技术的方法多种，但传统的光学投影式技术已经处于发展缓慢的阶段。与传统的投影式光刻技术发展缓慢相比，下一代光刻技术比如EUV、E-beam、X-ray、纳米压印等的发展很快。各大光刻厂商纷纷致力于研制下一代光刻技术，如三星的极紫外光刻、尼康的浸润式光刻等。目前先进的光刻技术主要集中在国外，国内的下一代光刻技术和光刻设备发展相对较为滞后。

3 薄膜制备技术

半导体制造工艺中，在硅片上制作的器件结构层绝大多数都是采用薄膜沉积的方法完成。薄膜的一般定义为在衬底上生长的薄固体物质，其一维尺寸（厚度）远小于另外二维的尺寸。常用的薄膜包括： SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉积方法分为化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）和物理气相沉积（Physical Vapor Deposition）两种。化学气相沉积利用化学反应生成所需的薄膜材料，常用于各种介质材料和半导体材料的沉积，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理气相沉积利用物理机制制备所需的薄膜材料，常用于金属薄膜的制备，如Al， Cu， W， Ti等。沉积薄膜的主要分为三个阶段：晶核形成―聚集成束―形成连续膜。为了满足半导体工艺和器件要求，通常情况下关注薄膜的一下几个特性：（1）台阶覆盖能力；（2）低的膜应力；（3）高的深宽比间隙填充能力；（4）大面积薄膜厚度均匀性；（5）大面积薄膜介电＼电学＼折射率特性；（6）高纯度和高密度；（7）与衬底或下层膜有好的粘附能力。台阶覆盖能力以及高的深宽比间隙填充能力，是薄膜制备技术的关键技术问题。我们都希望薄膜在不平整衬底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易导致膜应力、电短路等问题。而高的深宽比间隙填充能力则有利于半导体器件的进一步微型化及其性能的提高。同时，低的膜应力对所沉积的薄膜而言也是非常重要的。

4 结语

虽然，与不断更新换代的半导产品相比，半导体制造技术发展较为缓慢，大部分制造技术发展已经趋于成熟。但是，随着不断发展的半导体行业，必然会对半导体制造技术的提出更高的要求，以满足半导体产品的快速发展。因此，掌握和了解半导体制造技术的相关专利知识有利于推进该领域的发展。

参考文献：

[1] Most of the classic device papers are collected in S.M Sze，Ed.，Semiconductor Devices：Pioneering Papers，World Sci. ， Singapore，1991.

[2]刘恩科.半导体物理学[M].第7版，电子工业出版社，2008.

[3]麻P立男. 薄膜制备技术基础[M].化学工业出版社，2009.