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到底什么是掩膜板?

Posted on 2024-04-242026-09-06 by 李, 东霏

半导体领域,掩膜板相当于老式相机拍照用到的“底片”,光刻就在这个“底片”上,将上面的图形准确地转移到下面的光刻胶上。(底片这玩意儿可能很多90后00后没有接触过)。

到底什么是掩膜板?

用于制作掩膜板的材料,主要由高品质的石英玻璃基板和在表面沉积的遮光材料构成,其中遮光材料通常用的是铬(Cr)。选择铬膜是因为它的沉积与刻蚀相对比较容易,而且对光线完全不透明。

那么掩膜板需要覆盖光刻胶的所有位置吗?其实不然,这得根据所需的电路图案设计,透光和不透光的区域交替排列,这样就可以只让特定的光刻胶区域曝光或保持未曝光状态,进而通过显影和蚀刻等后续步骤,在晶圆表面形成所需的电路图案。

画个Layout view视图举例,如能只是其中一小块。

到底什么是掩膜板?

那么在半导体制造流程中,我们是不是只用到一次掩膜板或者说掩膜工艺?答案也不是。比如说在多层布线过程中,可能需要多次重复,每增加一层电路就需要一个新的掩模板,以构建多层复杂集成电路结构。

为了对掩膜板有一个更深的认识,我们用COMS工艺中的两个步骤举例,具体来说说。

先看看N-Well掩膜板:

COMS工艺,在形成N-Well区域的步骤中,N-Well掩模板被用于在生长的氧化层上进行光刻胶成像。这一成像过程仅曝光N-well区域,为后续的刻蚀步骤奠定基础。刻蚀完成后,去除光刻胶,并进行n型杂质的扩散,从而在p型衬底中形成N-Well。

到底什么是掩膜板?

接下来,就要用于ACTIVE掩模板的使用,用于有源区的制作。在这一步骤中,首先在SiN层上淀积光刻胶,然后利用ACTIVE掩模板进行光刻胶成像。成像后的SiN层经过刻蚀移除,为生长氧化层(FOX)提供了条件。

到底什么是掩膜板?

在上面的流程中,我们用到了N-Well掩膜板和ACTIVE掩模板,后续流程还有用于形成多晶硅栅极的POLY掩模板,用于决定金属层与半导体或多晶硅的接触孔位置的CONTACT掩模板,以及用于实现多层金属层间的通信的VIA掩模板。在这里我们就不细说了,后续说到CMOS工艺流程时,我们再详聊。

可以说,掩模板的应用遍布于半导体制造的各个环节,从基础的晶体管构造到高级的多层互连系统,无处不在。因此,掩模板的制造就非常重要了,直接关系到半导体器件的成品率。现在掩模板的制造生产基本上交给外包来做了。下面放一张图,各位大致了解下掩模板的生产流程:

到底什么是掩膜板?

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