專利名稱：離子束致多重精細打印平面微細加工工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路制造加工工藝技術。
集成電路，尤其是大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路作為現(xiàn)代科學技術的熱點之一，眾多專著(例如《集成電路工程》，(美)格拉塞爾等著，黃善煥等譯，人民郵電出版社1985年4月版，統(tǒng)一書號15045·總2933-有5380;《超大規(guī)模集成電路技術》，(美)施敏主編，章定康等譯，科學出版社1987年11月版，統(tǒng)一書號15031·873)詳細論述了包括涂膠、光刻、腐蝕、清洗、烘干數(shù)道工序在內(nèi)的集成電路制造方法。在這種工藝前提下，我國已有許多專利申請(例如85108372、85104551、86102691、86107683、87102505、87104657、88101821、88107880、89100478.5、89103498.6、90107967.7、90102351.5、91101641.4、91108569.6)公開了包括有光刻、腐蝕、清洗等工序在內(nèi)的集成電路加工技術。
據(jù)我們最近幾年的分析與綜合，上述包括反復涂膠、對準、曝光、清洗與腐蝕的工藝并不適用于超大規(guī)模集成電路制造過程。將芯片加工等價于刻蝕是我們的一個概念誤區(qū)。這種涂了洗，洗了再涂的加工方法，勿說用于細微局部(一只器件導通不良可能導致包含有百萬器件整個芯片的報廢)與整體要求都很高的超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)，就連設想用于允許有局部差錯而不影響整體效果、相比之下很粗糙的彩色圖片制作也是行不通的。洗下了需要洗去的油墨，紙張差不多也洗破了。當然彩色圖片也的確不用如此笨拙的方法制作。套色印刷技術很簡明，根本不將需要去除的色彩加到畫面上，而加到畫面上的色彩絕不清洗下來。與此類似，而且不用講更多理由，成功的超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術應當是一種無腐蝕、無清洗的工藝技術。如果我們能夠實現(xiàn)芯片的無腐蝕、無清洗以及進一步的無高溫處理、無對準加工(即“四無”工藝)，那么就略去了大部分高難度加工。否則，太多的棘手問題使我們步履艱難。
我們提出的“四無”(無對準、無腐蝕、無清洗、無高溫處理)芯片制造工藝方案是“離子束致多重精細打印平面微細加工工藝”。
“離子束致多重精細打印平面微細加工工藝”的基本原理在于被加速的帶電粒子束(電子或離子)，不但具備通過帶電粒子光學系統(tǒng)有成象的能力，而且具有很高的能量，并可在進入固體或液體物質(zhì)后的減速過程中很快放出能量，發(fā)熱或誘導化學反應。將帶電粒子束，一種涂有待轉移材料的耐高溫金屬薄膜以及半導體基片按普通打印機打印頭、色帶以及打印紙的順序排布，離子束掃描加熱金屬膜，使膜上被加熱區(qū)域上待轉移的材料溶化或汽化轉移至與之相貼近的半導體基片上，從而實現(xiàn)材料在基片上的選區(qū)定位涂敷。上述過程與普通打字機打字過程相類似，正因如此，該工藝被稱為“精細打印”工藝。
“精細打印”過程中，我們稱耐高溫金屬膜為基膜，稱基膜上待向基片表面轉移的材料膜為轉移膜，兩者結合在一起稱之為載料膜，而在載料膜上掃描，選區(qū)定位加熱并轉移載料膜材料的帶電粒子束則稱之為打印束。
“精細打印”具體過程如下所述打印束(1)射入基膜(2)，放出熱量，該熱量按照熱傳導規(guī)律傳播，選區(qū)加熱轉移膜上的材料(3)，并使之溶化、汽化，半導體基片(4)貼近載料膜，阻擋并凝結從載料膜上發(fā)出的材料(5)，以實現(xiàn)選區(qū)制膜、布線或外延操作，基片上所凝結的材料的圖形(6)基本由打印束在基膜上所行路線及速度確定。
制作集成電路芯片不止需要一種制膜操作。當需要按順序完成幾種制膜操作時，應當按順序更換相應的載料膜，并相應調(diào)整打印束的掃描速度以及束流，以適應轉移材料變化所引起的所需熱量變化。
為了更換載料膜方便起見，應當將各種不同的轉移膜按制膜順序淀積在同一條基膜帶(即基帶)上形成載料帶(7)，孔(8)區(qū)為離子注入所留，而(9)、(10)、(11)各區(qū)分別為各不同的載料膜，一組各區(qū)對應一塊集成電路芯片所需各種制膜工序。載料帶兩側應加厚，以增大強度適應其進給、固定等需要。
為了避免載料帶在進給過程中擦傷基片，進行上述芯片加工時應采用單元基片，所謂單元基片就是僅供制作一個集成電路半導體材料基片，由大圓片在進行電路加工之前切割而成。
電子束掃描成象技術已經(jīng)相當成熟，公開發(fā)表的論著已不少。但是由于電子質(zhì)量小，很容易穿透金屬膜，所以精細打印不宜選用電子作為掃描粒子，而應選用有較重質(zhì)量的離子作為掃描粒子，即選用離子束作為打印束。
在更換載料膜過程前后，基片保持固定不移動，而且因為打印束的類型(確定的離子束或電子束)及控制系統(tǒng)(包括成象與偏轉系統(tǒng)等)固定不變，所以可以保證更換載料膜后所作圖形自動與已作圖形重合，而徹底省去對準系統(tǒng)與對準操作，這就實現(xiàn)了無對準(自重合)化。
由于一塊芯片在相對較短的時間內(nèi)即完成全部加工，所以進行“離子束致多重精細打印”微細加工工藝的設備僅有短期穩(wěn)定性與一致性的要求，而無長期穩(wěn)定性及一致性的要求，所以有關工藝設備無需進行長時間預熱以及加工過程中的漂移精細調(diào)整與控制。
在精細打印的基礎上，綜合離子束掃描成象注入、電子束(或激光)退火技術以及微量的干法腐蝕技術，即可構思出集約化的超大規(guī)模集成電路芯片制造工藝一塊單元基片在一次裝夾操作后，在無曝光、無對準(自重合)、無高溫處理、無(或少)蝕刻、無清洗的條件下，按順序完成離子注入(包括活化)、絕緣隔離、布線以及外延等直至可供組裝的前道工序。
圖一是“精細打印”中打印束、載料膜與基片基本配置圖。
圖二是載料帶結構圖。
圖三是NMOS集成電路進行多重精細打印工藝操作基本流程圖。
由于NMOS電路芯片基本構成簡明，所以我們以此為例，討論一則“離子束致多重精細打印平面微細加工工藝”實際的加工過程。
大圓片切割，背景硼離子襯底摻雜，表面加工，單元基片切割等過程敘述從略。
在已進行硼離子背景摻雜的基礎上，NMOS集成電路僅需一種電子型元素(例如采用磷元素)離子注入摻雜。而精細打印操作也僅需一種離子束作為打印束，所以利用“離子束致多重精細打印”工藝進行加工NMOS集成電路僅需要一種離子束(例如磷離子束)。
空隙型襯底基片在加工臺上固定后(12)，即可磷離子束對單元基片表面掃描，進行N型離子選區(qū)注入(13)。由于考慮到精細打印在離子束束流強度方面有要求，所以磷離子束進行離子注入時應快速、多次重復掃描，以減小離子注入時對基片引起的各種損傷(包括熱損傷)。離子注入過程以后，基片表面尚無任何掩膜，此時引入適當能量與強度的激光束或適當能量與流強的電子束對基片表面進行加工，以激活注入離子。完成激活操作后，即可進行制絕緣膜及制導線過程。為了實現(xiàn)良好的導線聯(lián)結與絕緣隔離，制絕緣膜、布線應當分步交叉進行。對NMOS電路芯片的工序安排是“精細印刷”操作的第一步是在各N區(qū)(源與漏)淀積出金屬電極引出端(14)，接著淀積柵極絕緣層(15)，這一層較薄，之后可以將普通絕緣層淀積出來(16)，再將各引出電極按要求用金屬膜線聯(lián)結起來(17)，由于有些引線較長，需要穿過其它電路區(qū)，用類似的方法可以制作所需絕緣膜與導線，直至全部完成可供組裝的集成電路芯片。
權利要求
1.一種適用于集成電路芯片加工的多重精細打印微電子平面微細加工工藝，使用經(jīng)過加速、聚焦與成象的帶電粒子束作為打印束，本發(fā)明特征是，打印束射入載料帶上的基膜帶，放出熱量，加熱載料帶上的轉移膜材料，并使之熔化、汽化、半導體基片貼近轉移膜，阻擋從載料膜上發(fā)出的材料，以實現(xiàn)選區(qū)制膜，布線或外延操作。
2.根據(jù)權利要求1的多重精細打印工藝，其特征在于基膜帶是耐高溫材料薄膜帶，兩側加厚，并周期地開孔，作為對基片進入掃描離子注入及退火加工的窗口。
3.根據(jù)權利要求1的多重精細打印工藝，其特征在于多種制膜材料按集成電路諸種加工順序依次分區(qū)淀積在基膜帶上。
4.根據(jù)權利要求1的多重精細打印工藝，其特征在于在加工一塊集成電路過程中變換制膜工序時，僅進給載料帶，而半導體基片保持固定不動，直至各道制膜工序全部完成。
5.根據(jù)權利要求1的多重精細打印工藝，其特征在于半導體基片采取單元基片形式，單元基片半導體大圓片在進行電路加工前切割而成，僅供加工一塊或少數(shù)幾塊集成電路芯片。
全文摘要
一種適用集成電路芯片加工的多重精細打印微電子平面微細加工工藝。經(jīng)過加速，聚集與成像的帶電粒子束射入一種由耐高溫金屬薄膜與制膜材料膜組成的載料膜，選區(qū)加熱熔化或汽化膜上的制膜材料，并轉移凝結至與之相貼近的半導體基片，以完成半導體基片的選區(qū)制膜過程。
文檔編號H01L21/70GK1094187SQ9310333
公開日1994年10月26日 申請日期1993年4月1日 優(yōu)先權日1993年4月1日
發(fā)明者劉本林 申請人:劉本林, 王瓊, 王逸農(nóng), 陳榮保, 何明旗, 陳國聯(lián), 毛劍平, 徐國友