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用多晶硅版刻出多晶硅图形,再用有源区版刻掉有源区上的氧化层,高温下以n型杂质对有源区进行扩散(1000℃左右)。此时耐高温的多晶硅和下面的氧化层起掩蔽作用。
设计这类晶体管时往往让栅区宽度(栅氧化膜及其上的铝栅电极两者)比源和漏扩散区的间距要大一些,光刻时使栅区的两端分别落在源和漏扩散区上并有一定余量,由此便产生了较大的栅对源、漏的覆盖电容,使电路的开关速度降低。
自对准技术
self-alignment technique
微电子技术中利用元件、器件结构特点实现光复印自动对准的技术。早期的 MOS集成电路采用的是铝栅工艺,首先在硅单晶片上热氧化生长一层二氧化硅膜,经第一次光刻,在二氧化硅膜上刻蚀出源和漏扩散窗口,用扩散法形成源和漏扩散区 (图1aMOS集成电路铝栅工艺),接着在硅片上形成新的二氧化硅层;再经过第二次光刻,刻蚀出栅区,生长栅氧化层;然后,经光刻刻出引线孔,完成蒸铝和刻铝等后工序;最后形成MOS晶体管。因为栅区必须在源和漏扩散区正中间,并需要稍覆盖源区和漏区,第二次光刻以及形成铝栅电极的那步光刻,都必须和第一次光刻的位置精确对准(图1bMOS集成电路铝栅工艺)。否则,栅区与源区或漏区就可能衔接不上,使沟道断开(图1cMOS集成电路铝栅工艺),致使MOS晶体管无法工作。因此,设计这类晶体管时往往让栅区宽度(栅氧化膜及其上的铝栅电极两者)比源和漏扩散区的间距要大一些,光刻时使栅区的两端分别落在源和漏扩散区上并有一定余量,由此便产生了较大的栅对源、漏的覆盖电容,使电路的开关速度降低。
随硅栅工艺的发展,已实现栅与源和漏的自对准。这种工艺是先在生长有栅氧化膜的硅单晶片上淀积一层多晶硅,然后在多晶硅上刻蚀出两个扩散窗口,杂质经窗口热扩散到硅单晶片内,形成源和漏扩散区(图2MOS硅栅工艺自对准示意图),同时形成导电的多晶硅栅电极,其位置自动与源和漏的位置对准。按照这种自对准工艺,栅与源和漏的覆盖由杂质侧向扩散完成,比铝栅工艺的覆盖电容要小很多。采用离子注入掺杂工艺的杂质侧向扩散更小,用它代替硅栅工艺中的热扩散工艺,能进一步减小栅对源和漏的覆盖电容。此外,在铝栅工艺中,即使铝栅电极比沟道短,也可增加一步离子注入工艺填充栅区旁的未衔接部分,实现自对准(图3MOS铝栅工艺实现自对准的示意图),借以减小寄生电容,可提高MOS集成电路的开关速度和工作频率,同时也减小器件尺寸而提高电路的集成度。
在双极型晶体管及其集成电路的制造中,也多采用自对准工艺。例如,用微米级线宽的多晶硅发射极作掩模,再扩散杂质形成浓基区,以实现发射极与基区的自对准。又如超自对准工艺的主要工序是用通常方法完成基区掺杂后,在硅片上淀积一层未掺杂多晶硅,氧化掉不必要的部分。在整个芯片上淀积氮化硅膜层和二氧化硅膜层。除发射区和集电极接触孔外,其他部位的二氧化硅膜全腐蚀掉。以二氧化硅膜作掩模,把硼注入到未掺杂多晶硅内,然后腐蚀掉氮化硅(稍微过腐蚀一点)。再采用选择腐蚀法把未掺杂多晶硅腐蚀去,暴露的基区宽度小于1微米。采用热氧化,同时形成P□区。去掉氮化硅,不用掩模进行硼注入,自对准形成P□基区。再在多晶硅发射极中掺入砷,扩散形成发射区。其他后续工序与通常的双极型集成电路工艺相同。用这种方法制成的双极型晶体管,实现了多晶硅发射极与P+基区的自对准,有较小的基区电阻和较小的发射极-基极结电容,多晶硅发射极和多晶硅基极间距小于1微米,提高了双极型集成电路的速度,也提高了电路的集成度。用这种技术已制成存取时间为2.7纳秒发射极耦合逻辑电路的1千位随机存储器。
玻璃基片双面光刻对准工艺流程的研究
介绍了双面光刻对准原理及技术新发展,表明了不变焦对准的技术优势。针对玻璃基片设计了十字加方框的对准图样,经重新调焦,利用基片透明属性透过基片标记观测掩模标记实现对准,不再采用静态存储的掩模数字图像作为精对准基准,规避了可能由物镜侧移带来的对准误差。最后提供了几种常用的对准标记图样,并为了加工操作的便利引入了辅助搜索线。
厚铝芯片制造工艺的光刻对准效果改善
对于厚铝芯片的制造工艺,由于光刻对准标记上覆盖了厚的铝层,对准标记形貌轮廓会变得模糊,这会导致光刻对准出现困难,对偏的问题将变得常见。为了解决此问题,提出了多种改善方法,首先采用叠加标记法,通过将不同层次的对准标记进行叠加,增大了标记的台阶,对准标记的轮廓变得比原来清晰。其次是局部溅射法,通过夹具保护对准标记,确保标记不被厚铝覆盖,因此厚铝将不会对对准标记产生任何影响。最后是剥离工艺法,通过光刻胶保护对准标记,使之不被厚铝覆盖,因此,对准标记形貌将会保持清晰。这些方法在工艺和原理上是不同的,它们适用于不同的环境。通过这些方法,基本可以解决厚铝工艺中光刻对准困难的问题。
制造高精度的对准系统需要具有近乎完美的精密机械工艺,这也是国产光刻机望其项背的技术难点之一,许多美国德国品牌光刻机具有特殊专利的机械工艺设计。例如Mycro N&Q光刻机采用的全气动轴承设计专利技术,有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。
对准系统另外一个技术难题就是对准显微镜。为了增强显微镜的视场,许多高端的光刻机,采用了LED照明。
对准系统共有两套,具备调焦功能。主要就是由双目双视场对准显微镜主体、目镜和物镜各1对(光刻机通常会提供不同放大倍率的目镜和物镜供用户组合使用)。
CCD对准系统作用是将掩模和样片的对准标记放大并成像于监视器上。
工件台顾名思义就是放工件的平台,光刻工艺最主要的工件就是掩模和基片。
工件台为光刻机的一个关键,由掩模样片整体运动台(XY)、掩模样片相对运动台(XY)、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。
其中,样片调平机构包括球座和半球。调平过程中首先对球座和半球通上压力空气,再通过调焦手轮,使球座、半球、样片向上运动,使样片与掩模相靠而找平样片,然后对二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。
样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成,调平上升过程初步调焦,调平完成锁紧球气浮后,样片和掩模之间会产生一定的间隙,因此必须进行微调焦。另一方面,调平完成进行对准,必须分离一定的对准间隙,也需要进行微调焦。
抽拉掩模台主要用于快速上下片,由燕尾导轨、定位挡块和锁紧手轮组成。
承片台和掩模夹是根据不同的样片和掩模尺寸而进行设计的。
自泳涂装与传统的常规涂装的工艺流程对比, 自泳涂装具有明显的优越性。由于没有磷化工艺,整个自泳涂装系统中没有重金属的参与,简化了后续的废水处理程序,也降低了废水处理的运行成本。而且,800系列自泳漆不含有机挥发性溶剂,900系列自泳漆仅含极少量的溶剂,大大减少了涂装对环境的污染。
1、自泳涂装前表面清理。通过人工清理和脱脂、水洗、纯水洗等工序出去被涂物表面的油污,如有锈、氧化皮、焊渣等场合,则采用酸洗、中和、水洗,或经喷丸处理等工艺除掉氧化皮等杂物,获得清洁的被涂面。
2、自泳涂装及后清洗。将被涂物浸入槽液中,按上述参数进行自泳涂装→水洗(清洗水电导率控制在20μS/cm以下,水温15~30℃,天冷需加热,要有溢流)→反应水洗1min(采用含铬或无铬后处理剂,固体分6%~7%,pH=6.5~7.5,水温控制在15~30℃,天冷需加热)→沥漆时间不大于2min,相对湿度(RH)≥60%。
3、烘干 热风循环。在10min内升温达90℃,在120℃下烘15~20min,或按所选用的自泳涂料的烘干规范(通常在110℃烘25~35min)进行,随后进入冷却、质量检查。
序号 | 项目 | 丙烯酸系 | 偏氯乙烯系 | 测试方法 |
1 | 外观 | 黑色、平整、光滑 | 黑色、平整、光滑 | 目测 |
2 | 附着力/级 | 1 | 2 | GB/T 1720-1979 |
3 | 耐冲击性/N ·cm | 490 | 490 | GB/T 1732-93 |
4 | 弹性/mm | 1 | 1 | GB/T 1731-93 |
5 | 耐盐雾性/h | 400 | 700 | ISO 3768 |
6 | 耐汽油性/h | 720 | 720 | GB/T 1734-93 |
7 | 耐机油性/h | 720 | 720 | GB/T 1734-93 |
8 | 耐酸性(1mol/L H2SO4 )/h | 240 | 48 | GB/T 1763 |
9 | 耐碱性(1mol/L NaOH)/h | 72 | 480 | GB/T 1763 |
10 | 与面漆配套 | 与硝基、氨基、聚氨酯等面漆配套良好 |
自泳涂装设备应包括自用前处理设备、自用设备、自泳后处理(清洗)设备和自泳漆烘干室。自泳前处理设备和烘干室与一般涂装设备的结构和设计相同,因自泳涂装槽液含有氢氟酸,酸性较强,对金属的腐蚀性强,另外由腐蚀产生的多价金属离子影响槽液的稳定性,所以凡与自泳涂装槽液接触的设备表面都有高耐蚀性塑料涂层,即不允许裸露金属材料制件在槽液中。
自泳槽体的结构和设计(见下图)与电泳槽的结构、设计、制作工艺相仿,两者的不同之处是:电泳槽内壁的涂层是以电绝缘性为主,槽液应连续搅拌,且循环搅拌量大(3~4次/h),外部管路和换热器可用不锈钢制作,自泳槽内壁的涂层以耐蚀性为主,需内衬耐氢氟酸的橡胶、PVC塑料或涤纶布玻璃钢,槽液搅拌可采用螺旋搅拌器或工程塑料制的泵,外部管路应采用塑料制品,采用氟塑料或聚丙烯塑料换热器。自泳槽液储槽和自泳后的水洗槽也要用橡胶或涤纶布玻璃钢内衬。
常规SHS技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体,随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系,例如:TiC-TiB2、TiC-SiC、TiB2-Al2O3、Si3N4-SiC等体系。其特点是设备简单、能耗低、工艺过程快、反应温度高。
热爆SHS技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热,使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。采用这一技术已制备出的材料主要有各种金属间化合物、含有较多金属相的金属陶瓷复合材料以及具有低放热量的陶瓷复合材料。
SHS烧结法或称SHS自烧结法,即直接完成所需形状和尺寸的材料或物件的合成与烧结,是将粉末或压坯在真空或一定气氛中直接点燃,不加外载,凭自身反应放热进行烧结和致密化。该工艺简单,易于操作,但反应过程中不可避免会有气体溢出,难以完全致密化。即使有液相存在,空隙率也会高达7%-13%。
SHS烧结可采用以下3种方式进行:
(1)在空气中燃烧合成;
(2)将经过预先热处理的混合粉末放在真空反应器内进行合成;
(3)在充有反应气体的高压反应容器内进行合成。
前面提到普通的SHS技术适用于获得疏松多孔的材料或粉末,为了进一步提高材料的密实度,发展了多种自蔓延高温合成材料的合成与致密化同时进行的一体化技术。
常用的SHS致密化技术可归纳为3类:
液相致密化技术、SHS粉末烧结致密化技术、SHS结合压力致密化技术。
SHS焊接是利用SHS反应的放热及其产物来焊接的技术。应用燃烧合成技术,将压制成形的粉末置于被焊材料之间,利用粉末体燃烧合成的高温反应热及合成产物作为填充材料,在压力作用下实现被焊材料之间的连接。加压的目的是为了获得致密性高的焊接接头。
SHS焊接有三个过程:点火、加压、保温。