摘要：集成电路产业是一个国家的命脉，与社会的发展、国家的安全有着极为密切的关系。就我国目前的IC制造技术来看，与国外先进技术尚且存在一定距离。因此，提高IC制造水平是当务之急，能为我国IC进军高水平精密制造创造条件。
关键字：集成电路；制造技术；应用
我国作为集成电路的消费大国，制造技术水平处于世界中下端水平，这对我国的信息安全与社会经济的发展无疑是不利的。纵观我国十几年的集成电路制造发展，高度依赖外来的技术人才和力量，缺乏自主技术体系。在当前产业升级的背景下，集成电路是一大重点。基于此，本文对IC制造技术的应用进行分析。
1 集成电路的发展
1833年，英国物理学家Michael Faraday首次发现了半导体现象。1874年，以电话、电报机为代表的电子业诞生。1906年，美国发明家De Forest Lee特发明真空三极管，推动了无线电技术的迅猛发展，同时也奠定了近代电子工业的基础。1947年，美国Bell Laboratory的Shockley、Brattain、Bardeen组成研究团队，成功研制出一种点接触型的锗晶体管。自此以后，无数的设计人员受到激励，着手尝试设计更快的计算机，但是受到晶体管体积的限制，最终制成的电子设备体积都异常巨大。在这样的背景下，美国工程师Jack Kilby萌生了一个大胆的想法，将多个电子元器件集成在一个装置，并最终得以实现——1958年基尔比成功实现了基于锗材料上的简易集成电路。1968年，由美国人亚伯•梅德温领导的研究小组成功研发出历史上首个CMOS集成电路。以CMOS工艺制造的集成电路因具有较多优点而迅速成为了时代的主流，如抗干扰能力较强、静态功耗较低等。与此同时，CMOS技术不断带动IC制造技术的改进与发展。
2 集成电路工艺
IC是一种微型结构，其主要目的在于实现电路所需元器件的集成，如晶体管、电容、电阻、电感等，并基于微型晶片实现壳内封装，从而具备某种特定的功能，满足设计的需求。有关集成电路工艺的定义，狭义上只针对晶片上IC或者分立器件的芯片结构制造，广义上则包含芯片结构制造、测试以及封装。
根据集成电路的生产工艺，可将其分为设计、制造、封装测试。其中集成电路的设计，主要包含对数字电路的设计或者是对模拟电路的设计；集成电路的封装则主要包括对生产工艺的检测、对IC芯片的壳内封装以及相关的电学测试可靠性分析等；而集成电路的制造涉及的内容较多，包括材料、清洗、掺杂、扩散、薄膜、光刻、金属互联、刻蚀等。以下针对集成电路制造的相关技术及相关技术在生产制造时的应用进行分析。
3 集成电路制造技术
3.1 光刻技术
光刻技术所使用的原理主要是光学-化学反应原理，其技术核心在于用物理的方法或者借助化学刻蚀，来实现对电路图形的复制，为下一环节的生产服务。在集成电路的制造技术不断发展的同时，光刻技术可以实现的尺寸限度也发生了改变，从毫米级传递进化至亚微米级传递，常规的光学技术也正逐渐被新的光学技术所替代，如电子束、X射线、微粒子束、激光等。基于光刻技术的特点，光刻技术在IC的生产制造中应当属于一种精密加工技术。
光刻技术的实质是借助光照、抗蚀剂实现电路图形由掩膜版到晶片的转移过程。这一过程大致如下：
1）曝光 基片上附一层光刻胶薄膜，借由掩模版将紫外光照至基片，曝光区的光刻胶随即发生化学反应；
2）显影 对基片上的光刻胶薄膜进行溶解，将掩模版上的电路图形复制到光刻胶薄膜上，实现电路图形的第一次转移；
3）转移 将光刻胶薄膜上的电路图形转移到基片上。
在实际的IC生产制造中，光刻技术可以细分为光复印和刻蚀两种。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆使用光复印工艺时，先实现掩膜版的图形预制，同时在其表面上预涂光致抗蚀剂薄层，经曝光系统按要求实现图形的精确传递；刻蚀工艺主要利用物理或化学方法，除去光致抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层，最终实现电路图形的转移。在IC的制造过程中，各功能层之间立体重叠，因此，需要反复进行光刻，才能达到设计要求，尤其是对大规模集成电路的制造。
接触式与非接触式曝光是光刻技术常用的两种曝光方式，二者的区别在于曝光时掩模与晶片之间的相对关系。在进行接触式曝光时，其分辨率较高，所适用的曝光设备较为简单，操作方便，复印的面积较大、精度较好，因此，接触式曝光的生产效率较高。但接触式曝光也存在一定的缺陷，如容易沾污、损伤掩模版以及晶片上的感光胶图层，从而影响其成品率以及掩模版的寿命。一般在中小规模集成电路生产时可以选用接触式曝光。制造过程中的非接触式曝光方式，主要指投影曝光，即经过相应的光学系统，实现掩模图形的成像，在此过程中掩模与晶片并不发生直接接触，因此不会引起沾污、损伤，但非接触式曝光的设备较为复杂，技术难度也相对较高。为了适应超大规模集成电路的制造要求，直接分步重复曝光系统（DSW）得到发展。DSW为一种精密复杂的光、机、电综合系统，利用像面分割原理获得高分辨率，基于精密的定位控制技术和自动对准技术重复曝光实现大直径。
3.2 刻蚀技术
刻蚀技术的实质是选择性的腐蚀或者剥离，根据IC设计的相关要求，对半导体衬底表面或表面覆盖的薄膜进行刻蚀。刻蚀技术不仅是集成电路与半导体器件的基本制造工艺，在薄膜电路、印刷电路和其他微细图形的加工中也有所应用。
刻蚀技术的实质是选择性的腐蚀或剥离。主要过程如下：
1）曝光 预在表面涂一层光致抗蚀剂，之后再透过掩模选择性曝光光致抗蚀剂层；
2）显影 基于抗蚀剂层曝光部分和未曝光部分在显影液中溶解速度不同的原理，利用显影在衬底表面留下抗蚀剂图形；
3）刻蚀 对表面薄膜或衬底表面进行选择性腐蚀。
根据刻蚀技术所使用的曝光束不同，刻蚀技术可以细分为光刻蚀（即上述光刻）、电子束刻蚀、离子束刻蚀等。其中离子束刻蚀是一种新型技术，因其具有分辨率较高、感光速度较快等优点，备受青睐，极具发展前景。
常见的刻蚀技术主要有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。湿法刻蚀是一种较为普遍、设备的成本也相对较低的方法，影响刻蚀速率的因素有三，即刻蚀液的浓度、刻蚀液的温度以及是否搅拌，其中刻蚀液的浓度最难控制。湿刻蚀的配方选用涉及专业化学，一个选用湿刻蚀配方的重要观念是选择性，即刻蚀时对被蚀物去除速度与连带对其他材质的腐蚀速度的比值。干刻蚀是一种较新型技术，利用电浆进行半导体薄膜材料的刻蚀加工，由于干刻蚀能兼顾边缘侧向侵蚀现象与刻蚀率，在IC制造与半导体器件制造中迅速得到应用。
在干刻蚀工艺中，辉光放电是较为常用的一种方式，基于辉光放电能够产生电浆，其中包含电子、离子等带电粒子，自由基，以及具有较高化学活性的中性原子、分子等，此时即可进行半导体薄膜材料的刻蚀加工，实现图形转印。干刻蚀属于亚微米尺寸下刻蚀器件的一种较为常用的方法，广泛应用于半导体与LCD前段制程。基于IC的生产制造特点，IC制造工艺需要多种干刻蚀，如金属干刻蚀、以氧化物和氮化物为代表的介质干刻蚀、以单晶硅和多晶硅栅为代表的硅干刻蚀等。干刻蚀的出现源于集成电路制造工艺的需要，经过长期的发展，干刻蚀技术已经得到了较好的普及，并且仍在向着新的方向不断开拓。
4 结语
集成电路是信息时代经济发展的基础与核心，随着集成电路的高集成化与细微化，集成电路的制造技术也在不断改进与完善。与此同时，集成电路的应用进入了一个新的时代，基于我国集成电路制造技术的发展现状，建立并完善我国的自主IC制造技术体系成为当务之急。以提高我国信息产业核心竞争力为目标，不断发展集成电路的制造技术。
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[3]王蔚, 田丽, 任明远. 集成电路制造技术:原理与工艺[M]. 电子工业出版社, 2013.
论文作者:陈丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/5
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