中国半导体产业的思考—随笔之《芯片战争——亮剑！国运之战》芯片战争91—种花家土方法之光刻工艺，攻克硅平面晶体管（曙光初现，-年）新中国第一代半导体人采用“土方法”攻克了扩散、掺杂、光刻等核心工艺技术。中国人在硅平面制造工艺技术攻克一个又一个难关，和硅单晶制备一样，中国人也是通过自己的摸索，走独立自主之路。正文：第三章曙光初现第三十二节：种花家土方法之光刻工艺，攻克硅平面晶体管与美国人发明光刻工艺的同一年，年，中国人也同时对光刻技术进行了重点的研究。中科院集中王守武先生、黄昆先生、林兰英先生等专家研究平面光刻工艺。从苏联回国的清华大学的李志坚博士也在进一步促进和推动了中国人在平面硅工艺技术和高反压硅高频三极管的研究和生产做出了贡献。同年，中科院分别组建北京半导体所（新中国第一个半导体综合研究单位，也是中国第一个半导体科学技术研究单位）和河北半导体所（原来的二机部11所的半导体研究室在年划归12所，后从12所的基础上建设成立为13所，13所全名第一机械工业部第十局第13研究所，又名河北半导体所），重点进行半导体核心技术方面的攻关。年，国家科委向中科院下达成立“全国半导体材料与测试基地”的任务，年9月，中科院半导体所设立“半导体测试中心研究室”，王守武先生担任研究室主任，下设两个测试组，即材料参数测试组和晶体管参数测试组。这是新中国半导体工业第一个具有系统性、组织性的测试研究中心，后来，为中国半导体材料和器件测试标准的建立，做出了重要贡献。中国人在先进制造工艺—平面制造技术上的突破，王守觉先生是居功至伟，和美国人一样，中国平面制造工艺技术的突破也是源自于国防军工。于年，中科院半导体所王守觉负责承担国防部五院二分院战略导弹的高性能半导体器件的研制工作，在获知美国人发明硅平面工艺的消息之后，观察力敏锐、做事果决的王守觉力排众议，终止了正在进行并且取得一定研究成果的硅台面管的研制工作，集中力量开展硅平面工艺的摸索，仅用两年时间，在年就完成了国防军工要求的5种硅平面器件的研制任务。这是新中国第一只MOSFET管芯，为新中国半导体电子学的发展进一步奠定了技术基础。图：中科院半导体所早期研制的硅平面晶体管与普通电子管大小比较中国人在硅平面制造工艺技术攻克一个又一个难关，和硅单晶制备一样，中国人也是通过自己的摸索，走独立自主之路：第一是扩散，半导体硅器件制作工艺中的“扩散”问题解决。年，王守觉任命了卢纪担任“扩散组”组长，开展硅平面工艺的扩散和氧化试验。当时国外扩散工艺技术采用的是液体卤化硼试剂，这玩意在当时中国没有办法生产，又属于西方列强的禁运名单，因为客观条件的局限性，使得项目组不得不采用三氧化二硼进行替代，三个月内，经历了无数次失败，卢纪、王兴富等扩散组成员的努力下，通过控制三氧化二硼的蒸汽压，中国人发明了一种能够控制硼沉积浓度的“硅箱”方法，这进而满足了硅平面器件研制的需要。随后，卢纪、朱友桂共同设计了一种控制二氧化硅生长速率的装置，这使得硼扩散层的深度和第二次热生长二氧化硅的厚度能够同时得到控制。图：中国人自制的“硅箱”解决半导体硅器件掺杂扩散的问题第二是光刻，硅平面工艺最重要的难关“光刻”问题的突破，包括“光刻胶”和“光刻机”。美国人最早发明光刻胶的时候，并没有公开这项技术，中国人也不知道这是什么东西。“光刻组”的姜文莆等年轻人就通过阅读大量的国外文献中找到了蛛丝马迹，“这应该是一种具有光敏作用的材料，比如在铜板上涂上一层胶，然后压板曝光，一见光这种胶就会溶解，没有见光的部分就会保留，这样就做出了所需要的电路图案，找到这种胶就是一个突破口”。可是这种所谓的“光刻胶”，当时国内并没有，怎么办呢？王守觉带领一帮小年轻，采用“土方法”—手工涂胶刻蚀，通过显微镜，凭借顽强的意志和高度集中的精力，凭借着灵敏的手和眼配合，在细小的硅芯片上进行手工涂胶和刻蚀，中国人仅仅凭借着显微镜，依靠手工，愣是在硅芯片上刻蚀出的尺寸间距仅仅只有10微米左右的图形。图：中国人通过显微镜手工进行光刻工艺一直到年，北京化学试剂研究所才成功研制出聚乙烯醇肉桂酸酯光致抗蚀剂，才取代了“极端磨炼人精神和意志”的手工涂胶刻蚀。而光刻机呢，也是采用“土方法”研制出来的，“光刻组”的张连魁、彭湘和等人，通过采用实体显微镜与测量显微镜进行组合装配，做出了中国人第一台简易的光刻机，并研制了第一批硫化铅掩膜版。光致抗蚀剂（简称光刻胶或抗蚀剂）是一种用于光加工工艺中对加工材料表面起临时选择性保护的涂料，是现代加工工业的重要功能材料之一。光致抗蚀剂分为两大类：一是正性光致抗蚀剂：受光照部分发生降解反应而能为显影液所溶解，留下的非曝光部分的图形与掩模版一致。正性抗蚀剂具有分辨率高、对驻波效应不敏感、曝光容限大、针孔密度低和无毒性等优点，适合于高集成度器件的生产。它主要包括：聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧肉桂酸乙酯、环氧树脂、环化橡胶等等。二是负性光致抗蚀剂：受光照部分产生交链反应而成为不溶物，非曝光部分被显影液溶解，获得的图形与掩模版图形互补。负性抗蚀剂的附着力强、灵敏度高、显影条件要求不严，适于低集成度的器件的生产。它主要包括：线性酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等等。光刻胶的历史可追溯至近代以来的照相技术之起源，年人类第一张照片诞生就是采用了光致抗蚀剂材料—感光沥青。在19世纪中期，人们又发现将重铭酸盐与明胶混合，经曝光、显影后能得到非常好的图形，并使当时的印刷业得到飞速的发展。二次大战以后，East-man-Kodak公司的Minsk等人研究成功的聚乙烯醇肉桂酸酯（KPR）为代表的新型感光高分子并应用于照相制版，从而开创了当代微电于工业用的光刻胶历史。年德国Kalle公司发表了重氮萘醌的光重排反应，在此基础上，年又开发了重氮萘醌—线性酚醛树脂系感光材料，即紫外正性光刻胶，成为二十世纪八十年代超大规模集成电路用光致抗蚀剂的主流。年East-man-Kodak的Muplot和J．J．Sagura等开发了环化橡胶一双叠氮系负性光刻胶。年该公司开发的聚乙烯醇肉桂酸酯负性光刻胶，很长一段时间内它仍为负性光致抗蚀剂的主流。年IBM公司首先发现使用光致产酸剂可使聚合物分子上的特丁氧基脱落，脱悬挂基团反应使憎水聚合物变成亲水性聚合物，这种极性的变化使这种光刻胶可以成正型和负型的两型图像，且光致产酸的量并不随反应的进行而减少，对反应具有加速的作用，故称之为化学增幅型光刻胶。上世纪五十年代初，负性光致抗蚀剂——聚乙烯醇肉桂酸酯的问世，导致电子工业特别是半导体工业的迅速发展。随着微细加工技术的进步，与其相适应的抗蚀剂和其它新材料一样应运而出。美国柯达公司（Kodak）于年推出的双叠氮一环化橡胶系负性抗蚀剂，则是迄今众多抗蚀剂中的优良品种。由于它具有优异的抗蚀性能和良好的成膜粘附性加上具高感度和高解象力，此后的数十年时间里一直受到许多研究部门和生产厂家的


转载请注明地址:http://www.rouguia.com/ngpz/7303.html