智能卡的掩膜和半导体芯片的制造

　　使用从EEPROM或磁盘上接收的软件，半导体制造商就能生产出微控制器ROM的曝光掩膜，这个含有程序代码的掩膜被操作系统开发者称为“ROM掩膜”或经常简称为“掩膜”。它实际上仅仅是制造微控制器所必须的大约⒛个掩膜之一。制造微控制器芯片在经适当准各的高纯硅圆片上称作晶圆片。用于智能卡微控制器的晶圆片的直径为6～8英寸（15.2～20.4cm）。采用0.8/-tm工艺，在6英寸的晶圆片上大约可制造700个微控制器。

　　在半导体工业中，未来岁月里倾向于更大的晶圆片和更细微的结构。我们可以假定数年之后，直径为12英寸（30.6cm）的晶圆片和0.25flrn的工艺将要成为生产智能卡微控制器的标准，这种技术水平的制造工厂的市值大约为6亿美元。

　　仅仅在数年之前，还是用是全晶圆片的掩膜，所以700个微控制器可以曝光。在这种情况下，通常用的是接触掩膜，如图1所示。随着芯片结构日益明显地缩小，这样做已不再可能，成品率不能被接受。在新的生产方法中，掩膜提供的仅是单个芯片，而不是整个晶圆片，这些非常精密的掩膜是用平面晶体玻璃做成的，它对紫外线透明，平面上载有芯片铬合金线条的图案。这些线条图案是转移到玻璃平板上来的，首先在平板上覆盖以光敏层，然后用电子束写人器来曝光这些图案，接着光敏层被显影而未被曝光的部分则被腐蚀掉了。

　　照相掩膜是以比芯片的实际大5或10倍的比例生产出来的，这样当晶圆片曝光时就可以采用图像增强缩影版（tmage-enhancing reduction）。晶圆片曝光用的机器，在市面上称为“步进器”（Steppe茄），是高的光学仪器，能以一微米的若干分之一的把掩膜图像聚焦在晶圆

图1  用步进器在一块半导体晶圆片上曝光单个的芯片示意图

　　图2同时曝光一整块晶圆片的晶体玻璃照相掩膜（philips公司提供）

　　片上。它还能以同样的在晶圆片上重新定位。当一个芯片的紫外线曝光处理完成后，晶圆片移动一步到下一个芯片的位置，在此位置重复曝光过程。于是整个芯片就每步曝光，直至其中所含微处理器都被曝光完为止，如图4所示，所使用的设备见图3。

　　整个晶圆片覆盖以称为“光致抗蚀剂”的光敏抗蚀层，当光敏抗蚀层曝光后，就能将其腐蚀掉，而向下面的晶圆片掺杂。当晶圆片被清洗数遍之后就重新涂以新的光敏抗蚀层。于是，下一步准备曝光掩膜（用大约⒛个）。随着特定的制造商和所采用的制造过程不同，生产一个完成的晶圆片包括了大约400个处理步骤并占用6～12周的时间。然而，实际的处理时间则少于一周时间。在实践中主要是由于在半导体器件大量生产中通常采用排队技术之故。

　　为了使生产过程比较节省，每次总是一组数块晶圆片（一批）通过半导体制造设各。一个典型的批量包括有12块晶圆片，这经常是所处理的数量。对半导体制商来说它大约相应于10 000芯片。如果用一单独批次去处理较小数量，将导致在生产过程中显著浪费，以致使制造成本仍和一个完整的批量一样高。然而，某些生产设备允许“共享”批次，使有不同ROM掩膜的不同类型的微控制器芯片可以制造在一块晶圆片上。这样允许较小的份额而不是强制性的10 000片。然而，决不是说所有的微控制器都能以这种方式生产，也不是每一台制造设各都可以处理“共享”批次。

　　在调整得很好的生产线上大约总合格率为80%，这就是说原来在晶圆片上的700个芯片

图3   用于以步进方式光学曝光单个半导体芯片的步进器的设备（ASM提供）

　　图4 在一个6英寸直径的晶圆片上含有约700个SLE 44C80微控制器，
　　磨光的直边是在制造过程中标志晶圆片方向的（Inflne。n提供）

　　中只有大约560个可用于后续的生产步骤。然而，对于新品的生产过程，合格率很容易保持在60%左右，这对于吞吐率和盈利率来说都是很不利的负效应。

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