光刻 与 刻蚀工艺流程简介
集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺
任意粒子曝光的最高的分辨率
关于光束的线宽限制,对其他的粒子束同样适用。任何粒子束都具有波动性,即 德布罗意物质波,其波长λ与质量m、动能E的关系描述如下。粒子束的动能E为
其动量p 粒子束的波长
E 1 mV 2 2
phmV 2mE
由此,用粒子束可得到的 最 细线h 条为
、对比度
为了测量光刻胶的对比度,将一定厚度的光刻胶膜在不同的辐照剂量下曝光,然 后测量显影之后剩余光刻胶的膜厚,利用得到的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线进行 计算就可以得到对比度。
光刻胶的对比度:不同的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线的外推斜率。
Y2 Y1
X2 X1 光刻胶的对比度会直接影响到曝光后光刻胶膜的倾角和线宽。
根据对比度定义, Y2=0,Y1=1.0,X2=log10Dc,X1= log10Do。
正胶的对比度
p
1 log10 (Dc
Do )
Dc为完全除去正胶膜所需要的最小曝光剂量, Do为对正胶不产生曝光效果所允许的最大曝光剂量。
光刻胶的侧墙倾斜
在理想的曝光过程中,投到光刻胶上的辐照区域应该 等于掩模版上的透光区域,在其他区域应该没有辐照能 量。
显影方式与检测
目前广泛使用的显影的方式是喷洒方法。 可分为三个阶段: ①硅片被置于旋转台上,并且在硅片表面上喷洒显影液; ②然后硅片将在静止的状态下进行显影; ③显影完成之后,需要经过漂洗,之后再旋干。
喷洒方法的优点在于它可以满足工艺流水线的要求。
显影之后,一般要通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)或者激光系统来检查图形的 尺寸是否满足要求。
8.3、光刻胶的基本属性
光学光刻胶通常包含有三种成份: ①聚合物材料(树脂):附着性和抗腐蚀性 ②感光材料:感光剂 ③溶剂:使光刻胶保持为液态
光刻与刻蚀工艺流程
光刻与刻蚀工艺流程光刻和刻蚀是微电子加工过程中常用的两个工艺步骤。
光刻用于创建芯片上的图案,而刻蚀则用于移除不需要的材料。
以下是光刻和刻蚀的工艺流程。
光刻工艺流程:1.沉积光刻胶:首先,在硅片上沉积一层光刻胶。
这是一个具有高度选择性和可重复性的光敏聚合物材料,能够在曝光过程中改变化学性质。
2.乾燥和前处理:将光刻胶乾燥,然后对其进行前处理,例如去除表面的污垢和残留物。
3.涂布光刻胶:用涂胶机将光刻胶均匀地涂布在硅片的表面。
4.烘烤:将涂覆有光刻胶的硅片进行烘烤,以去除溶剂并使光刻胶层变得坚硬和耐久。
5.对位:将掩模对位仪对准硅片上的光刻胶层,确保光刻胶上的图案与所需的芯片图案完全一致。
6.曝光:通过紫外线照射机将光传递到光刻胶上,使其形成与掩模图案相同的图案。
7.显影:使用显影液处理光刻胶,显影液会将未曝光的部分光刻胶溶解掉,只留下曝光过的部分。
刻蚀工艺流程:1.腐蚀栅极:首先,通过化学腐蚀将栅极区域的金属材料去除,只保留未覆盖的部分,以便后续步骤。
2.沉积绝缘层:然后,在晶圆上沉积一层绝缘层材料,用以隔离电路的不同层次。
3.涂胶和曝光:使用同样的光刻胶工艺,在绝缘层表面涂覆光刻胶,并将掩模对位仪对准绝缘层上的光刻胶层。
4.显影:通过显影液处理光刻胶,保留所需的图案,暴露绝缘层。
5.刻蚀绝缘层:使用化学腐蚀或物理刻蚀技术,将未被光刻胶保护的绝缘层材料去除,使其与下方的层次保持相同的图案。
6.清洗和检验:最后,对晶圆进行清洗,以去除残留的光刻胶和刻蚀剂。
然后,对刻蚀图案进行检验,确保其质量和精确度。
这就是光刻和刻蚀的工艺流程。
通过这些步骤,可以在微电子芯片上创建复杂的电路和结构,以实现功能丰富的科技产品。
光刻与刻蚀工艺流程ppt
硅片准备
涂胶种类
根据光刻掩膜版的要求,选择合适的涂胶材料。
涂胶厚度
控制涂胶的厚度,一般要求均匀、无气泡、无杂质。
涂胶
曝光方式
根据光刻掩膜版图形设计要求,选择合适的曝光方式。
曝光时间
控制曝光时间,保证光刻胶充分反应且不过度曝光。
曝光
显影液选择
根据光刻胶的性质,选择合适的显影液。
控制显影时间
显影时间要适当,以充分溶解光刻胶,同时避免损伤硅片表面。
纳米科技领域需要借助光刻和刻蚀技术来制造纳米级结构,从而进一步探索纳米世界的奥秘。
在生物医学工程领域,光刻和刻蚀技术可以制造出复杂的微纳结构,用于药物输送、组织工程等应用。
纳米科技
生物医学工程
建议与展望
06
优化工艺参数
通过严格控制实验参数,如波长、功率、曝光时间等,以提高工艺稳定性和效率。
引入先进设备
xx年xx月xx日
光刻与刻蚀工艺流程ppt
CATALOGUE
目录
光刻和刻蚀工艺简介光刻工艺详细流程刻蚀工艺详细流程光刻和刻蚀工艺的控制因素光刻和刻蚀工艺的未来发展建议与展望
光刻和刻蚀工艺简介
01
1
光刻工艺发展历程
2
3
最早的光刻工艺,分辨率较低,制程技术限制较大。
接触式光刻工艺
改善了分辨率和制程技术限制的问题,但仍然存在接触式光刻工艺的一些缺点。
采用先进的自动控制系统和智能化设备,实现工艺过程的实时监控和精准调控。
改进工艺流程
简化工艺流程,减少重复步骤,降低工艺时间和成本。
提高工艺稳定性与效率的措施
技术交叉融合
加强光刻和刻蚀工艺与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合,引入新技术,如纳米压印、离子束刻蚀等,提高工艺水平和效率。
光刻与刻蚀工艺
洁净室(1)
洁净室(2)
洁净室的等级定义方式:
(1)英制系统:
• 每立方英尺中直径大于或等于0.5um的尘埃粒子总数 不准超过设计等级数值。
(2)公制系统
• 每立方米中直径大于或等于0.5um的尘埃粒子总数不 准超过设计等级数值(以指数计算,底数为10)。
洁净室(3)
例子:
(1)等级为100的洁净室(英制),直径大于 或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过100个/ft3
坚膜的目的
去除光刻胶中剩余的溶剂,增强光刻胶对硅片表 面的附着力
提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和 保护能力
5、坚膜
—显影后必须进一步增强光刻胶粘附力
(5)腐蚀
光刻胶 SiO2
Si
6、去胶
SiO2
Si (6)去胶
6、去胶
经过刻蚀或离子注入后,将光刻胶从表面除去 去胶方法
显影方式:
浸渍显影; 旋转喷雾显影
影响显影效果的因素 :
a.曝光时间; b.前烘的温度和时间; c.光刻胶的厚度; d.显影液的浓度; e.显影液的温度; f.显影液的搅拌情况
4、显影(Development)
4、显影(Development)
显影之后的检查 掩膜版选用是否正确
基本光刻技术
*实际工艺中正胶用的比较多,why?
a.分辨率高 b.抗干法腐蚀的能力较强 c.抗热处理的能力强 d.可用水溶液显影,溶涨现象小 e.可涂得较厚(2-3um)不影响分辨率,有较好台
阶覆盖性 f.适合1:1及缩小的投影光刻 负胶也有一些优点,如: 粘附性好,抗湿法腐蚀
接近式曝光
• 可以减小掩膜版损伤 • 间隙会在掩膜版图案边缘造成光学衍射 • 分辨率降低至2um~5um
光刻与刻蚀工艺流程
光刻与刻蚀工艺流程光刻和刻蚀是半导体工艺中重要的步骤,用于制备芯片中的电路。
光刻是一种通过使用光敏剂和光刻胶来转移图案到硅片上的技术。
刻蚀则是指使用化学物质或物理能量来去除或改变表面的材料。
光刻工艺流程分为四个主要步骤:准备硅片、涂敷光刻胶、曝光和开发。
首先,准备硅片。
这包括清洗硅片表面以去除杂质和污染物,然后通过浸泡于化学溶液中或使用化学气相沉积等方法在硅片上形成一层光刻胶的基础层。
第二步是涂敷光刻胶。
将光刻胶倒入旋转涂胶机的旋转碟中,然后将硅片放置在碟上。
通过旋转碟和光刻胶的黏度控制,使光刻胶均匀地铺在硅片上。
光刻胶的厚度取决于所需的图案尺寸和深度。
第三步是曝光。
在光刻机中,将掩膜对准硅片,然后使用紫外线照射光刻胶。
掩膜是一个透明的玻璃或石英板,上面有所需的电路图案。
曝光过程中,光刻胶中的光敏剂会发生化学反应,使得光刻胶在被曝光的区域变得溶解性,而未被曝光的区域仍保持完整。
最后一步是开发。
在开发过程中,使用盐酸、溶液或者有机溶剂等化学溶液将未曝光的光刻胶从硅片上溶解掉。
溶解后就会出现光刻胶的图案,这相当于将掩膜中的图案转移到硅片上。
在完成开发后,再对硅片进行清洗和干燥的处理。
刻蚀工艺流程通常根据需要的深度和形状来选择不同的刻蚀技术。
常见的刻蚀技术有湿刻蚀和干刻蚀。
湿刻蚀是将硅片浸泡在一个含有化学溶液的反应槽中,溶液会去除不需要的材料。
刻蚀速度取决于化学溶液中的浓度和温度以及刻蚀时间。
湿刻蚀通常用于较浅的刻蚀深度和简单的结构。
干刻蚀是使用物理能量如等离子体来去除材料。
等离子体刻蚀分为反应离子束刻蚀(RIE)和电感耦合等离子体刻蚀(ICP)。
在等离子体刻蚀中,通过加热到高温的氩气等离子体释放离子,离子会以高速束流撞击竖立在硅片表面的物质,去除不需要的材料。
干刻蚀通常用于深刻蚀和复杂的纳米级结构。
在刻蚀过程中,为了保护不需要刻蚀的区域,通常会将硅片用光刻胶进行覆盖。
在刻蚀结束后,光刻胶可以去除,暴露出所需要的图案。
光刻与刻蚀工艺
光刻工艺的基本步骤
涂胶
将光刻胶涂敷在硅片表面,以形成 光刻胶层。
烘烤
通过烘烤使光刻胶层干燥并固化。
曝光
将掩膜版上的图形对准硅片上的光 刻胶层,并使用曝光设备将图形转 移到光刻胶上。
显影
使用显影液将曝光后的光刻胶进行 化学处理,使图形更加清晰地展现 出来。
光刻工艺的重要性
光刻工艺是半导体制造中的关键环节,直接影响芯片的制造 质量和性能。
非接触式光刻
投影式非接触
利用光学系统将掩膜板上的图像投影到光刻胶涂层上,优点是无需直接接触,缺点是难度较高,需要精确的控 制系统。
电子束光刻
利用电子束在光刻胶上直接曝光,优点是分辨率高、无需掩膜板,缺点是生产效率低。
投影式光刻
接触式投影
掩膜板与光刻胶涂层之间保持接触,通过投影系统将图像投影到光刻胶上,优点是操作简单、高效, 缺点是图像质量可能受到掩膜板损伤和光刻胶污染的影响。
涂胶/显影技术
01
02
03
涂胶
在晶圆表面涂上一层光敏 胶,以保护非曝光区域并 提高图像对比度。
显影
用适当的溶剂去除曝光区 域的光敏胶,以形成所需 的图案。
控制胶厚
保持胶厚均匀,以避免图 像的扭曲和失真。
烘烤与曝光技术
烘烤
通过加热去除晶圆表面的湿气,以提高光敏胶的灵敏度和图像质 量。
曝光
将掩模图像投影到光敏胶上,通过光化学反应将图像转移到晶圆 上。
扫描投影
利用扫描系统将掩膜板上的图像投影到光刻胶上,优点是分辨率高、生产效率高,缺点是需要精确的 控制系统和高质量的掩膜板。
03
光刻工艺中的关键技术
光学系统
紫外光源
产生短波长的光,以获得更好的分辨率和更来自的 特征尺寸。反射镜和透镜
第八章光刻与刻蚀工艺模板
第八章光刻与刻蚀工艺模板光刻与刻蚀工艺是现代集成电路制造中的重要工艺环节之一、光刻技术用于在硅片上制作电路图形,而刻蚀技术则用于去除不需要的材料,以形成所需的电路结构。
本章将介绍光刻与刻蚀工艺的基本原理及常见的工艺模板。
一、光刻工艺模板在光刻工艺中,需要使用光刻胶作为图形保护层,以及光罩作为图形的模板。
光刻模板通常由硅片或光刻胶制成,可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。
1.硅片模板硅片模板是一种常见的光刻工艺模板,它的制作过程相对简单。
首先,将一块纯净的硅片进行氧化处理,形成硅的氧化层。
然后,在氧化层上通过光刻技术制作所需的图形。
最后,使用化学刻蚀方法去除不需要的硅的氧化层,就可以得到所需的硅片模板。
硅片模板具有较好的精度和可靠性,能够满足微纳加工的要求。
然而,硅片模板制作过程复杂,成本较高。
2.光刻胶模板光刻胶模板是利用光刻胶作为模板材料的一种工艺模板。
光刻胶是一种感光性的聚合物材料,可以在光照的作用下发生化学反应。
在光刻工艺中,首先将光刻胶涂覆在硅片上,然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。
接下来,使用化学方法或溶剂去除不需要的光刻胶,就可以得到所需的光刻胶模板。
光刻胶模板制作过程简单,成本较低。
同时,光刻胶模板的精度较高,可以满足微纳加工的要求。
然而,光刻胶模板的使用寿命较短,通常只能使用几次。
在刻蚀工艺中,需要使用刻蚀胶作为图形保护层,以及刻蚀模板作为图形的模板。
刻蚀模板通常由硅片或光刻胶制成,可以通过不同的工艺步骤来实现具体的图形需求。
1.硅片模板硅片模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。
首先,在硅片上通过光刻技术制作所需的图形,然后使用化学刻蚀方法去除不需要的硅材料,就可以得到所需的刻蚀模板。
硅片模板具有较高的精度和可靠性,可以满足微纳加工的要求。
然而,硅片模板制作过程复杂,成本较高。
2.光刻胶模板光刻胶模板在刻蚀工艺中的制作方法与光刻工艺类似。
首先,将光刻胶涂覆在硅片上,然后通过光刻曝光将所需的图形转移到光刻胶上。
光刻与刻蚀工艺流程
Positive Photoresist 正性光刻胶-正胶 曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
Jincheng 影液中的溶剂 由于光刻胶膨胀而使分辨率降低 其主溶剂,如二甲苯等会引起环境和安全问题
Jincheng Zhang
正胶 Positive Photoresist
Jincheng Zhang
接触式曝光
Jincheng Zhang
接近式曝光机
掩膜与圆片表面有5-50μm间距 优点:较长的掩膜寿命 缺点:分辨率低(线宽> 3 um)
Jincheng Zhang
接近式曝光机
Jincheng Zhang
接近式曝光
Jincheng Zhang
投影式曝光机
高抗蚀性 好黏附性
Jincheng Zhang
光刻工艺 Photolithography Process
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
Jincheng Zhang
μm
Jincheng Zhang
对准和曝光设备
接触式曝光机 接近式曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机(Stepper)
Jincheng Zhang
接触式曝光机
设备简单 分辨率:可达亚微米 掩膜与圆片直接接触,掩膜寿命有限 微粒污染
Jincheng Zhang
接触式曝光机
类似于投影仪 掩膜与晶圆图形 1:1 分辨率:~1 um
光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上 把设计图形最终转移到硅片上 IC制造中最重要的工艺 占用40 to 50% 芯片制造时间 决定着芯片的最小特征尺寸
(完整版)光刻与刻蚀工艺
光刻工艺过程
❖涂胶 coating ❖前烘 prebaking ❖曝光 exposure ❖显影 development ❖坚膜 postbake ❖刻蚀 etch ❖去胶 strip ❖检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si (1)氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si (2)涂胶、前烘
1、涂胶
❖ 在图形曝光的工 作区域,则需要等级 10或1的洁净室。
lithography
❖Introduction
❖ 光刻 ▪ 洁净室 ▪ 工艺流程 ▪ 光刻机 ▪ 光刻胶 ▪ 掩膜版
光刻原理(1)
❖ 掩膜版图形转移到光刻胶
▪ 在光刻过程中,光刻胶受到光辐射之后发生光 化学反应,其内部分子结构发生变化,在显影 液中光刻胶感光部分与未感光部分的溶解速度 相差非常大。
❖涂胶目的
▪ 在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没 有缺陷的光刻胶薄膜。
❖怎样才能让光刻胶粘的牢一些?
可以开始涂胶了……
❖ 怎么涂?
▪ 旋转涂胶法:把胶滴在硅片,然后使硅片高速旋转, 液态胶在旋转中因离心力作用由轴心沿径向(移动) 飞溅出去,但粘附在硅表面的胶受粘附力的作用而留 下。在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发,故可得到 一层均匀的胶膜
▪ (2)等级为M3.5的洁净室(公制),直径大 于或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过103.5 (约3500个/m3)
❖ 100个/ft3= 3500个/m3
▪ 一个英制等级100的洁净室相当于公制等级 M3.5的洁净室。
洁净室(4)
❖ 对一般的IC制造 区域,需要等级100 的洁净室,约比一般 室内空气低4个数量 级。
Resist coat (wafer track)
光刻和刻蚀工艺流程
光刻和刻蚀工艺流程第一步:光刻掩膜准备光刻工艺的第一步是制备掩膜。
掩膜是一种类似于胶片的薄膜,上面有制作好的电路图形。
通常,光刻掩膜由专门的光刻工艺工程师根据电路图形设计,并通过专业软件生成掩膜图形。
之后将掩膜图形转移到掩膜胶片上。
第二步:光刻胶涂覆接下来,在待加工的硅片表面涂覆一层光刻胶。
光刻胶是一种特殊的光敏物质,具有对紫外光敏感的特性。
使用旋涂机将光刻胶均匀涂覆在硅片上。
第三步:软烘烤硅片上涂覆好光刻胶之后,需要进行软烘烤步骤。
软烘烤的作用是去除光刻胶中的溶剂以及帮助光刻胶更好地附着在硅片表面上。
软烘烤的温度和时间根据不同的光刻胶种类和工艺要求进行调节。
第四步:曝光曝光是光刻工艺的关键步骤。
在曝光台上,将掩膜和被涂覆光刻胶的硅片对准,并通过紫外光照射。
光刻胶中被曝光的部分会发生化学变化,形成光刻胶的图形。
第五步:后烘烤曝光之后,需要进行后烘烤。
烘烤的目的是加强光刻胶的图形,使其更稳定并提高精度。
烘烤温度和时间根据不同的光刻胶种类和工艺要求进行调节。
第六步:显影显影是将光刻胶中未曝光的部分溶解掉的步骤。
将硅片浸入特定的显影液中,显影液会将光刻胶中溶解掉的部分清除掉,形成具有电路图形的光刻胶。
第七步:刻蚀刻蚀是将未被光刻胶保护的硅片表面精确地去除掉部分的步骤,以形成电路图形。
刻蚀液根据硅片的材料和刻蚀目标而确定。
将硅片浸入刻蚀液中,刻蚀液会剥离掉没有光刻胶保护的硅片表面,形成光刻胶的图形。
第八步:去光刻胶刻蚀完成后,需要将光刻胶从硅片上去除。
通常使用酸性或碱性溶液将光刻胶溶解掉。
去光刻胶后,就得到了具有电路图形的硅片。
以上就是光刻和刻蚀的工艺流程。
光刻和刻蚀工艺对于微电子芯片的制造至关重要,能够提供精确的电路图形,是制造集成电路的基础步骤。
随着技术的不断发展,光刻和刻蚀工艺也在不断改进,以满足高集成度和高性能的微电子芯片的制造需求。
12nm制程工艺流程
12nm制程工艺流程摘要:本文将详细介绍12nm制程工艺流程,从光刻、刻蚀、沉积、离子注入到退火等关键步骤,深入解析每个步骤的原理和技术实现。
同时,本文还将分析12nm 制程工艺的优缺点,以及未来发展趋势。
一、12nm制程工艺简介12nm制程工艺是指采用12纳米制程技术制造的半导体器件,主要应用于高性能CPU、GPU、存储器等领域。
相较于传统的28nm和22nm制程工艺,12nm 制程工艺具有更高的集成密度、更低的功耗和更高的性能。
二、12nm制程工艺流程1. 光刻光刻是将设计好的电路图案通过光刻机投影到晶圆表面,形成光刻掩膜。
光刻掩膜上的图案会经过光刻胶的曝光和显影过程,最后形成所需的电路图案。
12nm 制程工艺采用先进的光刻技术,如多重图案化技术,可以实现更高的集成密度。
2. 刻蚀刻蚀是将光刻过程中形成的电路图案刻蚀到晶圆表面的过程。
根据所需的电路图案,选择合适的刻蚀工艺,如干法刻蚀和湿法刻蚀。
12nm制程工艺中,刻蚀工艺需要更高的刻蚀精度和更低的残留物。
3. 沉积沉积是将所需的薄膜材料沉积到晶圆表面,形成器件所需的功能层。
12nm制程工艺中,沉积工艺需要更高的沉积速率和更薄的薄膜厚度,以满足器件的高性能要求。
4. 离子注入离子注入是将离子注入到晶圆表面,实现所需的掺杂效应。
离子注入可以改变半导体的导电特性,实现器件的控制开关功能。
12nm制程工艺中,离子注入需要更高的注入剂量和更低的注入速率,以提高器件的性能和稳定性。
5. 退火退火是将晶圆表面的热应力消除,提高器件的可靠性。
在12nm制程工艺中,退火过程需要更高的温度和更长的退火时间,以确保器件的性能和良率。
三、12nm制程工艺的优缺点12nm制程工艺具有以下优点:1. 更高的集成密度:12nm制程工艺相较于28nm和22nm制程工艺,具有更高的集成密度,可以实现更多的功能模块集成。
2. 更低的功耗:12nm制程工艺采用更先进的工艺技术,可以实现更低的功耗,满足高性能计算领域对低功耗的需求。
光刻与刻蚀工艺
光刻与刻蚀工艺pptxx年xx月xx日contents •光刻与刻蚀工艺简介•光刻工艺详细介绍•刻蚀工艺详细介绍•光刻与刻蚀工艺的挑战与对策•光刻与刻蚀工艺的发展趋势目录01光刻与刻蚀工艺简介1光刻工艺原理23利用光子能量将光刻胶上的分子激活,使其可进行化学反应。
光学曝光将光刻胶上的图形转移到半导体基板上的过程。
图形转移对光刻胶和半导体基板表面进行化学处理,以实现图形的精细加工。
表面处理利用液体化学试剂将半导体表面的材料溶解。
刻蚀工艺原理湿法刻蚀利用等离子体或离子束等高能粒子将半导体表面的材料去除。
干法刻蚀刻蚀过程中,被刻蚀材料与阻挡层材料的去除速率之比。
选择比1光刻与刻蚀工艺的关系23光刻工艺是制造芯片的核心技术,通过光刻胶上的图形控制半导体表面的加工。
刻蚀工艺是将光刻胶上的图形转移到半导体表面的关键步骤,要求高精度和高一致性。
光刻和刻蚀工艺的组合直接决定了芯片制造的质量、产量和成本。
02光刻工艺详细介绍03运动控制系统运动控制系统精确控制掩膜与光刻胶之间的相对位置,确保图形对准和重复性。
光刻机工作原理01曝光系统曝光系统将掩膜上的图形转换为光刻胶上的图形,是光刻机的核心部分。
02投影系统投影系统将曝光系统输出的光线聚焦到光刻胶表面,实现小比例图形转移。
光学接触剂是低分子聚合物,具有高度透明性和低折射率。
光学接触剂正性光刻胶受到光照后会发生交联反应,形成网状结构,耐腐蚀性强。
正性光刻胶负性光刻胶受到光照后会发生降解反应,形成可溶性物质,易于清除。
负性光刻胶光刻胶的分类与性质增加对比度通过优化涂层和选择合适的光源和波长,增加光刻胶与衬底之间的对比度。
提高分辨率采用短波长光源和高级数值孔径透镜,提高光刻机分辨率。
提高精度和一致性采用先进的控制系统和误差修正技术,提高光刻胶图形的精度和一致性。
光刻工艺的优化03刻蚀工艺详细介绍离子刻蚀机以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。
具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点,但刻蚀速率较慢,设备昂贵。
半导体图案化工艺流程之:刻蚀
半导体图案化工艺流程之:刻蚀图案化工艺包括曝光(Exposure)、显影(Develope)、刻蚀(Etching)和离子注入等流程。
其中,刻蚀工艺是光刻(Photo)工艺的下一步,用于去除光刻胶(Photo Resist,PR)未覆盖的底部区域,仅留下所需的图案。
这一工艺流程旨在将掩模(Mask)图案固定到涂有光刻胶的晶圆上(曝光→显影)并将光刻胶图案转印回光刻胶下方膜层。
随着电路的关键尺寸(Critical Dimension, CD)小型化(2D视角),刻蚀工艺从湿法刻蚀转为干法刻蚀,因此所需的设备和工艺更加复杂。
由于积极采用3D单元堆叠方法,刻蚀工艺的核心性能指数出现波动,从而刻蚀工艺与光刻工艺成为半导体制造的重要工艺流程之一。
一、沉积和刻蚀技术的发展趋势在晶圆上形成“层(Layer)”的过程称为沉积(化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)和物理气相沉积(PVD)),在所形成的“层”上绘制电路图案的过程称为曝光。
刻蚀是沉积和曝光工艺之后在晶圆上根据图案刻化的过程。
光刻工艺的作用类似于画一张草图,真正使晶圆发生明显变化的是沉积和刻蚀工艺。
自从半导体出现以来,刻蚀和沉积技术都有了显著发展。
而沉积技术最引人注目的创新是从沟槽法(Trench)转向堆叠法(Stack),这与20世纪90年代初装置容量从1兆位(Mb)DRAM发展成4兆位(Mb)DRAM相契合。
刻蚀技术的一个关键节点是在2010年代初,当时3D NAND闪存单元堆叠层数超过了24层。
随着堆叠层数增加到128层、256层和512层,刻蚀工艺已成为技术难度最大的工艺之一。
二、刻蚀方法的变化在2D(平面结构)半导体小型化和3D(空间结构)半导体堆叠技术的发展过程中,刻蚀工艺也在不断发展变化。
在20世纪70年代,2D半导体为主流,电路关键尺寸(CD)从100微米(㎛)迅速下降到10微米(㎛),甚至更低。
在此期间,半导体制造流程中的大部分重点工艺技术已经成熟,同时刻蚀技术已经从湿法刻蚀过渡到干法刻蚀。
光刻与刻蚀工艺流程课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
刻蚀工艺简介
刻蚀工艺的定义
刻蚀工艺:是指利用物理或化学方法,将材料表面的一部分 去除,以达到形成图案或结构的目的。
在半导体制造中,刻蚀工艺是关键的步骤之一,用于形成电 路、器件和其它微结构。
刻蚀工艺的原理
物理刻蚀
利用物理能量,如高能粒子或等 离子体,轰击材料表面,使其原 子或分子从表面溅射出来。
总结词
胶的均匀涂布是光刻工艺中的重要环节,直接影响到光刻胶的覆盖质量和均匀 性。
详细描述
在涂胶过程中,要确保胶液的均匀分布,避免出现胶层厚薄不均、气泡等问题 。可以采用匀胶机进行涂布,控制好涂布速度和温度,以保证胶的均匀性。
曝光能量控制问题
总结词
曝光能量是光刻工艺中的关键参数, 直接影响到曝光质量和光刻胶的溶解 度。
预烘
预烘
使光刻胶中的溶剂挥发, 增强光刻胶与硅片之间的 黏附力。
预烘温度和时间
根据光刻胶类型和特性而 定。
预烘作用
提高光刻胶的黏附性和稳 定性。
曝光
曝光
通过掩膜版将所需图案投影到光 刻胶上,使光刻胶发生化学反应
。
曝光方式
接触式曝光、接近式曝光、扫描 式曝光等。
曝光剂量
影响光刻胶的溶解性和分辨率。
坚膜温度的控制问题
总结词
坚膜温度是光刻工艺中的重要参数,直接影响到光刻胶的硬度和附着力。
详细描述
要选择合适的坚膜温度,以保证光刻胶的硬度和附着力。坚膜温度过高会导致光刻胶变脆,而坚膜温度过低会导 致光刻胶附着力下降,影响光刻效果。
腐蚀深度的问题
总结词
chap8光刻与刻蚀工艺
改善驻波效应的技术:在光刻胶层底 部或顶部使用抗反射涂层,同时在曝光 后进行烘焙。
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8.6
紫外线曝光
接触式光刻:分辨率较高,但是容易造 成掩膜版和光刻胶膜的损伤。 接近式曝光:在硅片和掩膜版之间有一 个很小的间隙 (10 ~ 25m) ,可以大大减 小掩膜版的损伤,分辨率较低。 投影式曝光:利用透镜或反射镜将掩膜 版上的图形投影到衬底上的曝光方法, 目前用的最多的曝光方式。
定义:用光刻方法制成的微图形,只 给出了电路的行貌,并不是真正的器件 结构。因此需将光刻胶上的微图形转移 到胶下面的各层材料上去,这个工艺叫 做刻蚀。 • 目的:把经过曝光, 显影后的光刻胶 微图形中下层材料的裸露部分去掉, 即 在下层材料上重现与光刻胶相同的图形。
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八、去胶
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8.2 分辨率
聚乙烯醇肉桂 酸酯 KPR胶的 光交联(聚合)
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1.负性胶由光产 生交联
常用负胶有聚肉桂酸 酯类、聚酯类和聚烃 类,
显影 曝光
胶 衬底 掩膜 胶 衬底
2.正性胶 由光产生 分解
胶 衬底
胶 衬底
负胶
正胶
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聚乙烯醇肉桂酸酯 KPR
常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类 和聚烃类
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DNQ-酚醛树脂光刻胶的化学反应
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二、光刻的目的:光刻的目的就是
在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩
膜版完全对应的几何图形,从而实现选
择性扩散和金属薄膜布线的目的。 三、在ULSI中对光刻的基本要求: 1、高分辨率:分辨率的表示方法:第一 种是以每毫米最多能够容纳的线条数来 表示。即线宽。条数/mm;第二种是以剥 蚀后的二氧化硅尺寸减去光刻掩膜版的 图形尺寸除以2表示。
chap8光刻与刻蚀工艺
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2、高灵敏度:为了提高产量要求曝光所需 要的时间越短越好,也就是要求灵敏度高。也 称感光度,以光刻胶发生化学反应所需要的最 小曝光量的倒数来表示。 3、精密的套刻对准 4、大尺寸硅片的加工 5、低缺陷 四、光刻三要素: 光刻胶、掩膜版和光刻机
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8.1 光刻工艺流程
以负胶为例来说明这八个步骤,一般 可分为: 打底膜->涂胶->前烘->曝光->显影-> 后烘(坚膜)->腐蚀(刻蚀)->去胶。
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图形转移——刻蚀
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图形转移——剥离(lift-off)
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去胶
溶剂去胶 (strip):Piranha (H2SO4:H2O2)。 正胶:丙酮
氧化去胶 450 C O2+胶CO2+H2O 干法去胶(Ash)
等离子去胶(Oxygen plasma ashing) 高频电场 O2电离O-+O+ O+活性基与胶反应 CO2, CO ,H2O。
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8.5 抗反射涂层工艺
使用抗反射涂层(ARC)工艺,可以降低驻波 效应的影响。 驻波效应:曝光光波在进入到光刻胶层之后, 如果没有被完全吸收,就会有一部分光波穿过光 刻胶膜达到衬底表面,这一部分光波在衬底表面 被反射之后,又回到光刻胶中。这样,反射光波 与光刻胶中的入射光波发生干涉,从而形成驻波。 表现为以λ/2n为间隔,在光刻胶中形成强 弱相间的曝光区域。会导致线宽发生变化,减低 分辨率。
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紫外曝光的方法及各自特点
接触式光刻:分辨率较高,但是容易造成掩膜 版和光刻胶膜的损伤。 接近式曝光:在硅片和掩膜版之间有一个很小 的间隙(10~25mm),可以大大减小掩膜版的损 伤,分辨率较低。 投影式曝光:利用透镜或反射镜将掩膜版上的 图形投影到衬底上的曝光方法,目前用的最多 的曝光方式。
第八章光刻与刻蚀工艺
缺点:光学系统复杂, 对物镜成像要求高。
应用:3μm以下特征尺寸光刻。
8.1.5 曝光方式
分步重复投影光刻机--Stepper
采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜。 光刻版:4X、5X、10X; 曝光场:一次曝光只有硅片的一部分; 采用了分步对准聚焦技术。
➢ 不能。因为特征尺寸 (0.25 mm = 250nm) 小于可见光 的波长,可见光波长为390nm (紫光) to 750nm (红光)。
8.1.2 分辨率
分辨率R-表征光刻精度,光刻时所能得到的光刻图形
的最小尺寸。 表示方法:每mm最多可容纳的线条数。若可分辨的最小线
宽为L线条间隔也是L),则分辨率R为 R=1/(2L) (mm-1)
X射线曝光:λ=2---40Å ,软X射 线;
X射线曝光的特点:分辨率高, 产量大。
极短紫外光(EUV):λ=10—14nm
商用X-ray光刻机
8.1.1 光刻工艺流程
光刻7-曝光后烘焙(后烘,PEB)
烘焙温度高于光刻胶玻璃化转变温度(Tg) 光刻胶分子发生热运动 过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布 平衡驻波效应,平滑光刻胶侧墙, 目的:提高分辨率
i线365nm,h线405nm,g线436nm。
准分子激光:KrF:λ= 248nm;
ArF:λ= 193nm;
F2激光器:
λ= 157nm。
高压汞灯紫外光谱
8.1.1 光刻工艺流程
②下一代曝光方法
电子束曝光:λ=几十---100Å ; 优点:分辨率高;不需光刻版
(直写式);
缺点:产量低(适于制备光刻 版);
蒸发PR中所有有机溶剂 提高刻蚀和注入的抵抗力 提高光刻胶和表面的黏附性
刻蚀 沉积 光刻
刻蚀沉积光刻在微电子工艺中,“刻蚀、沉积、光刻”是不可或缺的三个步骤,它们被广泛地应用于半导体制造、器件制造以及集成电路的研究和生产中。
下面,我们将一步步地介绍这三个步骤的详细过程。
一、刻蚀刻蚀是通过物理、化学或混合物理化学的方式,将薄膜材料从基板表面去除的过程。
刻蚀技术可以分成干式刻蚀和湿式刻蚀两种方式,其中干式刻蚀技术是将气体离子注入到材料表面,对其进行氧化、还原、硝化和氟化等反应,从而使表面材料物理和化学上发生变化,进而被刻蚀去除。
湿式刻蚀技术则是在溶液中将基板浸泡,并通过化学反应使其表面材料被腐蚀或溶解。
二、沉积沉积是在基板表面上形成薄膜材料的过程。
与刻蚀不同,沉积主要是通过化学或物理反应使工艺材料被沉积在基板上。
其主要作用是增加基板的功能层或表面涂层,从而控制电学、光学、磁学等特性。
在沉积过程中,通常使用物理气相淀积(PVD)或化学气相淀积(CVD)技术。
PVD使用物理手段将材料蒸发或喷涂到基板上,而CVD则是通过化学反应,在基板上形成大气气相、低压气相和等离子体气相等不同的形式,当然这就需要了解具体的条件和反应过程。
三、光刻光刻是将图形模式转移到光刻胶表面的过程。
光刻技术采用光刻胶的感光性质,在光的作用下,胶层中的光引发剂会释放出运移子,导致光刻胶的物化性质发生变化。
在漏光区域,光印刷的剂量不够,物化性质变化不够充分,光刻胶不容易被溶解,黑色模式被保留下来;在透光区域,光印刷的剂量足够,物化性质充分变化,光刻胶容易被溶解,白色模式被去除,基板的材料裸露出来。
总之,“刻蚀、沉积、光刻”这三个步骤是微电子领域中最为重要的工艺技术之一。
了解这三个步骤的原理和应用,对于掌握并运用现代电子技术,实现更加精密的微型电路和芯片等制造都至关重要。
反应离子刻蚀与光刻的关系
反应离子刻蚀与光刻的关系
反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching,RIE)和光刻(Photolithography)是半导体制造中常用的两种工艺步骤。
它们在制造微电子器件中起着互补的作用。
1. 光刻是一种通过光敏剂在半导体材料表面形成光阻图案的方法。
它将纳米级的图案转移到硅片表面,以定义出光刻胶的模式。
光刻通常是在光刻机中进行的,通过紫外光或可见光照射光刻胶,使其固化或聚合,然后将胶层暴露在化学等蚀刻剂中。
2. 反应离子刻蚀是一种通过在等离子体中产生化学反应来去除材料表面的方法。
在RIE中,离子源产生了反应离子,这些
离子通过气体加以加热并被施加在材料表面上。
这些离子在与器件表面接触时会发生化学反应,从而离子化材料表面的原子并将其除去。
RIE可控制刻蚀速率和选择性,并且对于制造高
精度微细结构尤其有用。
在半导体制造的流程中,光刻和RIE通常是一个迭代的过程,其步骤如下:
1. 光刻层:通过光刻在材料表面形成光刻胶图案。
2. 蚀刻层选择性:在RIE中,利用化学反应去除未被光刻所
定义的区域的材料。
3. 光刻胶去除:通过化学方法将光刻胶从材料表面除去。
4. 重复上述步骤直到完成所需的结构。
因此,反应离子刻蚀和光刻是相互依赖的。
光刻定义了蚀刻区域的模式,而RIE通过化学反应去除非蚀刻的材料,从而形
成具有精确几何形状的微细结构。
两者在半导体工艺中密切配合,共同实现微电子器件的制造。
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Jincheng Zhang
对准和曝光设备
接触式曝光机 接近式曝光机 投影式曝光机 步进式曝光机(Stepper)
Jincheng Zhang
接触式曝光机
设备简单 分辨率:可达亚微米 掩膜与圆片直接接触,掩膜寿命有限 微粒污染
Jincheng Zhang
接触式曝光机
Jincheng Zhang
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投影系统
Jincheng Zhang
步进式曝光机
现代IC制造中最常用的曝光工具 通过曝光缩小掩膜图形以提高分辨率 分辨率:0.25 μm 或更小 设备很昂贵
Jincheng Zhang
步进-&-重复
对准/曝光
Jincheng Zhang
曝光光源
曝光部分可以溶解在显影液中
正影(光刻胶图形与掩膜图形相同) 更高分辨率(无膨胀现象) 在IC制造应用更为普遍
Jincheng Zhang
对光刻胶的要求
高分辨率
– Thinner PR film has higher the resolution – Thinner PR film, the lower the etching and ion implantation resistance
电子束曝光E-Beam
λ=几十-100Å;可获得最小尺寸: 14 nm 用于制造掩膜和刻线
可以直写, 不需要掩膜
– 效率很低
Jincheng Zhang
光刻总结
光刻:临时的图形转移过程 IC生长中最关键的工艺 需要:高分辨率、低缺陷密度 光刻胶:正和负 工艺过程:预烘、底胶旋涂、PR旋涂、前烘、对准、 曝光、后烘PEB、显影、坚膜、检测 分辨率R与λ、NA的关系 下一代光刻技术:EUV和电子束光刻
Positive Photoresist 正性光刻胶-正胶 曝光后可溶解 显影时曝光的被溶解 高分辨率
Jincheng Zhang
负胶的缺点
聚合物吸收显影液中的溶剂
由于光刻胶膨胀而使分辨率降低 其主溶剂,如二甲苯等会引起环境和安全问题
Jincheng Zhang
正胶 Positive Photoresist
Jincheng Zhang
提高分辨率
提高NA – 更大的凸镜, 可能很昂贵而不实际 – 减小DOF(焦深),会引起制造困难 减小光波长 – 开发新光源, PR和设备 – 波长减小的极限:UV到DUV, 到EUV, 到X-Ray 减小K1 – 相移掩膜(Phase shift mask)
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
图形检测
未对准问题:重叠和错位
- Run-out, Run-in, 掩膜旋转,晶圆旋转,X方向错位,Y 方向错位
临界尺寸Critical dimension (CD)(条宽) 表面不规则:划痕、针孔、瑕疵和污染物
Jincheng Zhang
未对准问题
Jincheng Zhang
下一代光刻Next Generation Lithography (NGL)
超紫外Extreme UV (EUV) lithography X射线X-Ray lithography 电子束Electron beam (E-beam) lithography
Jincheng Zhang
EUV 超紫外
光刻概述 Photolithography
临时性地涂覆光刻胶到硅片上
把设计图形最终转移到硅片上
IC制造中最重要的工艺
占用40 to 50% 芯片制造时间
决定着芯片的最小特征尺寸
Jincheng Zhang
光刻需要
高分辨率 High Resolution
光刻胶高光敏性 High PR Sensitivity 精确对准 Precision Alignment
和欠曝光的光胶分子发生重分布;
作用:平衡驻波效应,提高分辨率。
Jincheng Zhang
PEB减小驻波效应
Jincheng Zhang
光刻8-显影(Development)
显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分
从掩膜版转移图形到光刻胶上 三个基本步骤: – 显影 – 漂洗 – 干燥
Jincheng Zhang
Jincheng Zhang
5&6、Alignment and Exposure
Most critical process for IC fabrication Most expensive tool (stepper) in an IC fab. Most challenging technology Determines the minimum feature size Currently 0.13 μm and pushing to 0.09 or 0.065 μm
Jincheng Zhang
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
Jincheng Zhang
滴胶
Jincheng Zhang
光刻胶吸回
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Photoresist Spin Coating
Jincheng Zhang
Photoresist Spin Coating
l = 10 到14 nm
更高分辨率 预期应用 ~ 2010年
0.1 mm 和以下
Jincheng Zhang
X射线光刻(X-ray lithography)
λ=2-40Å ,软X射线; 类似于接近式曝光机 很难找到纯的 X-ray源
掩膜制造存在挑战
不大可能在生产中使用
Jincheng Zhang
接触式曝光
Jincheng Zhang
接近式曝光机
掩膜与圆片表面有5-50μm间距 优点:较长的掩膜寿命 缺点:分辨率低(线宽> 3 um)
Jincheng Zhang
接近式曝光机
Jincheng Zhang
接近式曝光
Jincheng Zhang
投影式曝光机
类似于投影仪 掩膜与晶圆图形 1:1 分辨率:~1 um
Jincheng Zhang
Photoresist(PR)-光刻胶
光敏性材料
临时性地涂覆在硅片表面 通过曝光转移设计图形到光刻胶上 类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料
Jincheng Zhang
Photoresist
Negative Photoresist 负性光刻胶-负胶 曝光后不可溶解 显影时未曝光的被溶解 便宜
显影
Jincheng Zhang
显影后剖面
正常显影
不完全显影
欠显影
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过显影
光刻9-坚膜(Hard Bake)
蒸发PR中所有有机溶剂
提高刻蚀和注入的抵抗力 提高光刻胶和表面的黏附性 聚合和使得PR更加稳定 PR流动填充针孔
Jincheng Zhang
通常大约100 °C
与底胶涂覆合并进行
底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS,六甲基
乙硅氮烷)
HMDS的作用:去除SiO2表面的-OH基。
Jincheng Zhang
光刻3-涂胶 Spin Coating
硅圆片放臵在真空卡盘上
高速旋转 液态光刻胶滴在圆片中心 光刻胶以离心力向外扩展 均匀涂覆在圆片表面 设备--光刻胶旋涂机
NA:表示凸镜收集衍射光的能力
NA = 2 r0 / D
– r0 : 凸镜的半径
– D : 目标(掩膜)与凸镜的距离
NA越大,凸镜收集更多的衍射光,产生更尖
锐的图形
Jincheng Zhang
分辨率 Resolution
表征光刻精度; 定义-光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。 表示方法:每mm最多可容纳的线条数。若可分辨 的最小线宽为L(线条间隔也L),则 R=1/(2L) (mm-1) R由曝光系统的光波长λ和数值孔径NA决定, R=K1λ/NA 注:这里的R就是最小线宽L。 K1 为系统常数, λ光波长, NA = 2 r0/D; NA: 凸镜收集衍射光的能力
Jincheng Zhang
5、对准 Alignment
Jincheng Zhang
6、曝光Exposure
Jincheng Zhang
7、后烘 Post Exposure Bake
Jincheng Zhang
8、显影 Development
Jincheng Zhang
9、坚膜 Hard Bake
Jincheng Zhang
光衍射
光衍射影响分辨率
衍射光
投射光 强度
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衍射光的减小
波长越短,衍射越弱 光学凸镜能够收集衍射光并增强图像
偏离的折射光
被凸镜收集 的衍射光
Jincheng Zhang
数值孔径(Numerical Aperture:NA)
掌握
光刻胶的组成
+PR 和 –PR的区别 描述光刻工艺的步骤 四种对准和曝光系统 Explain relationships of resolution and depth of focus to wavelength and numerical aperture.