半导体加工工艺,本质上就是一个在硅晶圆上,不断曝光,蚀刻的过程。
而这个工艺的提升的过程,就是曝光时所用的底片图案,不断进行增密的一个过程。
在大家的传统印象里,底片的增密,就是底片精度的提高过程。增密底片图案,除了提高光刻机精度,就没有别的办法了吗?
在我们的日常生活当中,有个不恰当的例子,那就是套色印刷或者是彩色打印。
三色墨水,每个打印的精度都是相同的,但是三色重合打印,单色就变成了彩色!
颜色的精度,就从单色的8位,上升到了256位!
在2005年之后,由于工艺制程的提升,最小可分辨特征尺寸f已经远远小于光源波长,利用duv光刻机已经无法一次刻蚀成型。
既然无法一次刻蚀成型,那就多刻蚀几次,每一次刻蚀一部分,然后拼凑成最终图案。
从每个部分图形的加工过程来说,用的都是原有的加工方法和设备,但它可以实现更高精度的芯片加工。
它就是多重图案化技术!
多重图案法就是将一个图形,分离成两个或者三个部分。每个部分按照通常的制程方法进行制作。整个图形最后再合并形成最终的图层。
按照这个理论,图形精度简直可以无限分割下去。
但实际上,这个方案也有它的局限。
光刻机,做到了极限,是因为光波波长的缘故。
图案分割,做到最后,也会有这个问题。
当光罩上图形线宽尺寸接近光源波长时,衍射将会十分明显。
光刻机内部光路对于光线的俘获能力是有限的,如果没有足够的能量到达光刻胶上,光刻胶将无法充分反应,使得其尺寸和厚度不能达到要求。
在后续的显影、刻蚀工艺中起不到应有的作用,导致工艺的失败。
所以用这个方法,步进到7n就做不下去了。因为从原理上就出现了问题。
7n后,必须使用euv深紫光刻机,那个对中国禁运的光刻机,就是这个道理。
在这个阶段1微米,它还不是个问题。阻碍晶圆工艺进步的主要原因,来自生产设备,工艺,而不是原理。
任何事情都有利有弊。
这种技术的优点非常突出。那就是不需改变现有设备,或者是做很少的改变,就可以达到提高晶圆工艺的要求。
但弊端也很突出。
第一个弊端,麻烦。
这个技术的思想雏形,第一次出现在130n段,第一次完整出现,则是在30n段。
为什么出现得这么晚?
每道图层,都要进行分解,想想就麻烦得很啊。这个方法,完全是没有办法的办法。
换个高精度的光刻机及其配套工艺,一下子不就解决了嘛!这也是在30n前,基本上无人往这个方向思考的原因。
其次,成本。
加工一块芯片所需要的加工工序数目增加了。原来一次加工的步骤,现在要两次,甚至四次才可以。
这在商用芯片的制造上,是很致命的。
例如,如果只采用一次加工,良品率为7成。这完全是个可以接受的数字。但是当一次加工,改成四次加工的时候,整个工艺的良品率就会下降到2成。
多重图案法的核心,是把一张图片分解成多张。这里还会存在分图片互相校准的问题。所以,在实际的生产过程中,采用这种工艺以后,其良品率会极大降低。
用刚才的例子数据来计算,良品率,会从7成,下降到不到一成!
英特尔之所以在10n点,耗费了接近5年的时间,跟他们的多重四图案曝光saq良率较低,有关系。
对于一个芯片厂来说,良品率就是他们的饭碗。
如果在14n时候,芯片成本是300美元。升级芯片生产工艺的目的,自然是因为进程越高,占用的晶圆面积越小。采用新工艺后,芯片的生产成本,也自然降低。同样功能芯片,它的成本在10n代,应该降为150美元才对。
但这种工艺,增加了工序的数目
第四百七十九章:全彩
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