专利名称：离子束致多重精细打印平面微细加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造加工工艺技术。
集成电路，尤其是大规模与超大规模集成电路作为现代科学技术的热点之一，众多专著(例如《集成电路工程》，(美)格拉塞尔等著，黄善焕等译，人民邮电出版社1985年4月版，统一书号15045·总2933-有5380;《超大规模集成电路技术》，(美)施敏主编，章定康等译，科学出版社1987年11月版，统一书号15031·873)详细论述了包括涂胶、光刻、腐蚀、清洗、烘干数道工序在内的集成电路制造方法。在这种工艺前提下，我国已有许多专利申请(例如85108372、85104551、86102691、86107683、87102505、87104657、88101821、88107880、89100478.5、89103498.6、90107967.7、90102351.5、91101641.4、91108569.6)公开了包括有光刻、腐蚀、清洗等工序在内的集成电路加工技术。
据我们最近几年的分析与综合，上述包括反复涂胶、对准、曝光、清洗与腐蚀的工艺并不适用于超大规模集成电路制造过程。将芯片加工等价于刻蚀是我们的一个概念误区。这种涂了洗，洗了再涂的加工方法，勿说用于细微局部(一只器件导通不良可能导致包含有百万器件整个芯片的报废)与整体要求都很高的超大规模集成电路生产，就连设想用于允许有局部差错而不影响整体效果、相比之下很粗糙的彩色图片制作也是行不通的。洗下了需要洗去的油墨，纸张差不多也洗破了。当然彩色图片也的确不用如此笨拙的方法制作。套色印刷技术很简明，根本不将需要去除的色彩加到画面上，而加到画面上的色彩绝不清洗下来。与此类似，而且不用讲更多理由，成功的超大规模集成电路生产技术应当是一种无腐蚀、无清洗的工艺技术。如果我们能够实现芯片的无腐蚀、无清洗以及进一步的无高温处理、无对准加工(即“四无”工艺)，那么就略去了大部分高难度加工。否则，太多的棘手问题使我们步履艰难。
我们提出的“四无”(无对准、无腐蚀、无清洗、无高温处理)芯片制造工艺方案是“离子束致多重精细打印平面微细加工工艺”。
“离子束致多重精细打印平面微细加工工艺”的基本原理在于被加速的带电粒子束(电子或离子)，不但具备通过带电粒子光学系统有成象的能力，而且具有很高的能量，并可在进入固体或液体物质后的减速过程中很快放出能量，发热或诱导化学反应。将带电粒子束，一种涂有待转移材料的耐高温金属薄膜以及半导体基片按普通打印机打印头、色带以及打印纸的顺序排布，离子束扫描加热金属膜，使膜上被加热区域上待转移的材料溶化或汽化转移至与之相贴近的半导体基片上，从而实现材料在基片上的选区定位涂敷。上述过程与普通打字机打字过程相类似，正因如此，该工艺被称为“精细打印”工艺。
“精细打印”过程中，我们称耐高温金属膜为基膜，称基膜上待向基片表面转移的材料膜为转移膜，两者结合在一起称之为载料膜，而在载料膜上扫描，选区定位加热并转移载料膜材料的带电粒子束则称之为打印束。
“精细打印”具体过程如下所述打印束(1)射入基膜(2)，放出热量，该热量按照热传导规律传播，选区加热转移膜上的材料(3)，并使之溶化、汽化，半导体基片(4)贴近载料膜，阻挡并凝结从载料膜上发出的材料(5)，以实现选区制膜、布线或外延操作，基片上所凝结的材料的图形(6)基本由打印束在基膜上所行路线及速度确定。
制作集成电路芯片不止需要一种制膜操作。当需要按顺序完成几种制膜操作时，应当按顺序更换相应的载料膜，并相应调整打印束的扫描速度以及束流，以适应转移材料变化所引起的所需热量变化。
为了更换载料膜方便起见，应当将各种不同的转移膜按制膜顺序淀积在同一条基膜带(即基带)上形成载料带(7)，孔(8)区为离子注入所留，而(9)、(10)、(11)各区分别为各不同的载料膜，一组各区对应一块集成电路芯片所需各种制膜工序。载料带两侧应加厚，以增大强度适应其进给、固定等需要。
为了避免载料带在进给过程中擦伤基片，进行上述芯片加工时应采用单元基片，所谓单元基片就是仅供制作一个集成电路半导体材料基片，由大圆片在进行电路加工之前切割而成。
电子束扫描成象技术已经相当成熟，公开发表的论著已不少。但是由于电子质量小，很容易穿透金属膜，所以精细打印不宜选用电子作为扫描粒子，而应选用有较重质量的离子作为扫描粒子，即选用离子束作为打印束。
在更换载料膜过程前后，基片保持固定不移动，而且因为打印束的类型(确定的离子束或电子束)及控制系统(包括成象与偏转系统等)固定不变，所以可以保证更换载料膜后所作图形自动与已作图形重合，而彻底省去对准系统与对准操作，这就实现了无对准(自重合)化。
由于一块芯片在相对较短的时间内即完成全部加工，所以进行“离子束致多重精细打印”微细加工工艺的设备仅有短期稳定性与一致性的要求，而无长期稳定性及一致性的要求，所以有关工艺设备无需进行长时间预热以及加工过程中的漂移精细调整与控制。
在精细打印的基础上，综合离子束扫描成象注入、电子束(或激光)退火技术以及微量的干法腐蚀技术，即可构思出集约化的超大规模集成电路芯片制造工艺一块单元基片在一次装夹操作后，在无曝光、无对准(自重合)、无高温处理、无(或少)蚀刻、无清洗的条件下，按顺序完成离子注入(包括活化)、绝缘隔离、布线以及外延等直至可供组装的前道工序。
图一是“精细打印”中打印束、载料膜与基片基本配置图。
图二是载料带结构图。
图三是NMOS集成电路进行多重精细打印工艺操作基本流程图。
由于NMOS电路芯片基本构成简明，所以我们以此为例，讨论一则“离子束致多重精细打印平面微细加工工艺”实际的加工过程。
大圆片切割，背景硼离子衬底掺杂，表面加工，单元基片切割等过程叙述从略。
在已进行硼离子背景掺杂的基础上，NMOS集成电路仅需一种电子型元素(例如采用磷元素)离子注入掺杂。而精细打印操作也仅需一种离子束作为打印束，所以利用“离子束致多重精细打印”工艺进行加工NMOS集成电路仅需要一种离子束(例如磷离子束)。
空隙型衬底基片在加工台上固定后(12)，即可磷离子束对单元基片表面扫描，进行N型离子选区注入(13)。由于考虑到精细打印在离子束束流强度方面有要求，所以磷离子束进行离子注入时应快速、多次重复扫描，以减小离子注入时对基片引起的各种损伤(包括热损伤)。离子注入过程以后，基片表面尚无任何掩膜，此时引入适当能量与强度的激光束或适当能量与流强的电子束对基片表面进行加工，以激活注入离子。完成激活操作后，即可进行制绝缘膜及制导线过程。为了实现良好的导线联结与绝缘隔离，制绝缘膜、布线应当分步交叉进行。对NMOS电路芯片的工序安排是“精细印刷”操作的第一步是在各N区(源与漏)淀积出金属电极引出端(14)，接着淀积栅极绝缘层(15)，这一层较薄，之后可以将普通绝缘层淀积出来(16)，再将各引出电极按要求用金属膜线联结起来(17)，由于有些引线较长，需要穿过其它电路区，用类似的方法可以制作所需绝缘膜与导线，直至全部完成可供组装的集成电路芯片。
权利要求
1.一种适用于集成电路芯片加工的多重精细打印微电子平面微细加工工艺，使用经过加速、聚焦与成象的带电粒子束作为打印束，本发明特征是，打印束射入载料带上的基膜带，放出热量，加热载料带上的转移膜材料，并使之熔化、汽化、半导体基片贴近转移膜，阻挡从载料膜上发出的材料，以实现选区制膜，布线或外延操作。
2.根据权利要求1的多重精细打印工艺，其特征在于基膜带是耐高温材料薄膜带，两侧加厚，并周期地开孔，作为对基片进入扫描离子注入及退火加工的窗口。
3.根据权利要求1的多重精细打印工艺，其特征在于多种制膜材料按集成电路诸种加工顺序依次分区淀积在基膜带上。
4.根据权利要求1的多重精细打印工艺，其特征在于在加工一块集成电路过程中变换制膜工序时，仅进给载料带，而半导体基片保持固定不动，直至各道制膜工序全部完成。
5.根据权利要求1的多重精细打印工艺，其特征在于半导体基片采取单元基片形式，单元基片半导体大圆片在进行电路加工前切割而成，仅供加工一块或少数几块集成电路芯片。
全文摘要
一种适用集成电路芯片加工的多重精细打印微电子平面微细加工工艺。经过加速，聚集与成像的带电粒子束射入一种由耐高温金属薄膜与制膜材料膜组成的载料膜，选区加热熔化或汽化膜上的制膜材料，并转移凝结至与之相贴近的半导体基片，以完成半导体基片的选区制膜过程。
文档编号H01L21/70GK1094187SQ9310333
公开日1994年10月26日 申请日期1993年4月1日 优先权日1993年4月1日
发明者刘本林 申请人:刘本林, 王琼, 王逸农, 陈荣保, 何明旗, 陈国联, 毛剑平, 徐国友