第八章光刻与刻蚀工艺
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集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺
胶和工艺的误差等，因此这是纯理论的分辨率。
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
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
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
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8章 光刻与刻蚀工艺PPT课件
❖ 主流微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键 的工艺，占总成本的1/3，一个典型的硅工艺需要15-20 块掩膜，光刻工艺决定着整个IC工艺的特征尺寸，代 表着工艺技术发展水平。
3
东华理工大学
光刻技术在IC流程中的重要性
4
东华理工大学
ULSI中对光刻的基本要求
光刻的要求
35％的成 本来自于 光刻工艺
50
东华理工大学
对比度
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
❖ 定义：分辨率R表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数， 即每mm内包含有多少可分辨的线对数
R 1 (mm1) 2L
43
东华理工大学
❖ 物理学意义：限制因素是衍射
光子： Lph
L p /h /2 ;R m a 1 /x
粒子：
L
h
2 2mE
所以：能量一定，则粒子质量越大，分辨率越高
质量一定，则动能越高，分辨率越高
涂胶（旋涂法）
❖ 目的：形成厚度均匀、附着力强、没有缺陷的光刻胶薄膜 ❖ 方法：旋涂法
匀胶机
25
东华理工大学
旋涂
边沿清除
26
东华理工大学
光刻胶膜的质量
质量指标：
❖ 膜厚（光刻胶本身的黏性、甩胶时间、速度） ❖ 膜厚均匀性（甩胶速度、转速提升速度） ❖ 气泡，灰尘等粘污情况（超净工作台，红、黄光照明）
44
东华理工大学
光刻参数对工艺效果的影响
45
东华理工大学
§8.3 光刻胶的基本属性
正胶与负胶：
46
东华理工大学
光刻胶的组成
❖ 聚合物材料（树脂）：保证光刻胶的附着性和抗腐蚀 性及其他特性，光化学反应改变溶解性
3
东华理工大学
光刻技术在IC流程中的重要性
4
东华理工大学
ULSI中对光刻的基本要求
光刻的要求
35％的成 本来自于 光刻工艺
50
东华理工大学
对比度
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
❖ 定义：分辨率R表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数， 即每mm内包含有多少可分辨的线对数
R 1 (mm1) 2L
43
东华理工大学
❖ 物理学意义：限制因素是衍射
光子： Lph
L p /h /2 ;R m a 1 /x
粒子：
L
h
2 2mE
所以：能量一定，则粒子质量越大，分辨率越高
质量一定，则动能越高，分辨率越高
涂胶（旋涂法）
❖ 目的：形成厚度均匀、附着力强、没有缺陷的光刻胶薄膜 ❖ 方法：旋涂法
匀胶机
25
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旋涂
边沿清除
26
东华理工大学
光刻胶膜的质量
质量指标：
❖ 膜厚（光刻胶本身的黏性、甩胶时间、速度） ❖ 膜厚均匀性（甩胶速度、转速提升速度） ❖ 气泡，灰尘等粘污情况（超净工作台，红、黄光照明）
44
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光刻参数对工艺效果的影响
45
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§8.3 光刻胶的基本属性
正胶与负胶：
46
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光刻胶的组成
❖ 聚合物材料（树脂）：保证光刻胶的附着性和抗腐蚀 性及其他特性，光化学反应改变溶解性
第八章光刻与刻蚀工艺
此类光刻胶所采用的感光性树脂主要为环化橡胶，它是在 天然橡胶或聚异戊二烯合成橡胶溶液中加入酸性催化剂，在一 定温度下使橡胶分子发生环化反应，再加入双叠氮有机化合物 作为交联剂而成。
双叠氮交联剂的感光波长范围为260~460nm，已适用于高 压汞灯等光源。但添加适宜的增感剂，感光度也有所提高。
若曝光气氛中存在氧，将导致灵敏度下降，因此，必须在 氮气或真空条件下曝光操作。
原始光刻胶膜可被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射后 发生聚合或交联反应，聚合为不可溶物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相反。其成分主要为感光性树脂，其次 包括溶剂和增感剂。以感光性树脂的种类来分类：
（1）聚乙烯醇肉桂酸脂类
产品有北京化工厂的北化103胶、上海化学试剂厂的上试 1 号胶、美国的柯达光致抗蚀剂（KPR）以及日本东京应化光致 抗蚀剂（TPR）。
2、正性光刻胶（正胶）
原始光刻胶膜不能被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射 后，发生光分解反应，分解为可溶性物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相同；未经感光的光刻胶仍然保持它在 紫外光照射下发生光分解反应的活性，因此此类光刻胶在光刻 工艺中能够多次曝光。
主要成分为邻叠氮醌类化合物。产品有：北京化工厂的205、 206、212正性胶，上海试剂一厂的702、703胶等，美国Shipley 公司生产的AZ-1350系列等。
第八章 光刻与刻蚀工艺
1
§8.1 概述
一、光刻技术的特点
1、光刻是一种表面加工技术； 2、光刻是复印图像和化学腐蚀相结合的综合性技术； 3、器件的尺寸越小，集成电路的集成度越高，对光刻精 度的要求就越高，难度就越大。
二、光刻的目的
在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩模版完全对应的几 何图形，从而达到选择性扩散和金属薄膜布线的目的。
双叠氮交联剂的感光波长范围为260~460nm，已适用于高 压汞灯等光源。但添加适宜的增感剂，感光度也有所提高。
若曝光气氛中存在氧，将导致灵敏度下降，因此，必须在 氮气或真空条件下曝光操作。
原始光刻胶膜可被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射后 发生聚合或交联反应，聚合为不可溶物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相反。其成分主要为感光性树脂，其次 包括溶剂和增感剂。以感光性树脂的种类来分类：
（1）聚乙烯醇肉桂酸脂类
产品有北京化工厂的北化103胶、上海化学试剂厂的上试 1 号胶、美国的柯达光致抗蚀剂（KPR）以及日本东京应化光致 抗蚀剂（TPR）。
2、正性光刻胶（正胶）
原始光刻胶膜不能被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射 后，发生光分解反应，分解为可溶性物质；显影后，硅片表面 的光刻胶图形与掩模版相同；未经感光的光刻胶仍然保持它在 紫外光照射下发生光分解反应的活性，因此此类光刻胶在光刻 工艺中能够多次曝光。
主要成分为邻叠氮醌类化合物。产品有：北京化工厂的205、 206、212正性胶，上海试剂一厂的702、703胶等，美国Shipley 公司生产的AZ-1350系列等。
第八章 光刻与刻蚀工艺
1
§8.1 概述
一、光刻技术的特点
1、光刻是一种表面加工技术； 2、光刻是复印图像和化学腐蚀相结合的综合性技术； 3、器件的尺寸越小，集成电路的集成度越高，对光刻精 度的要求就越高，难度就越大。
二、光刻的目的
在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩模版完全对应的几 何图形，从而达到选择性扩散和金属薄膜布线的目的。
光刻与刻蚀
IC设计流程图，需要光刻图案用来定义IC中各种不同的区域，如：离 子注入区、接触窗、有源区、栅极、压焊点、引线孔等；
主流微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键的工艺，占总成 本的1/3，一个典型的硅工艺需要15-20块掩膜，光刻工艺决定着整个 IC工艺的特征尺寸，代表着工艺技术发展水平。
理想的曝光图形
正胶
实际的曝光图形
微粒含量和金属含量
储存寿命
负胶
理想曝光图形与实际图形的差别
天津工业大学
§8.4 曝光系统
按光源分类：
紫外（UV） 曝 光 系 统
光学曝光系统
深紫外（DUV） 电子束曝光系统 非光学曝光系统 X射线曝光系统 离子束曝光系统
天津工业大学
8.4.1 紫外（UV）光源
研制大数值孔径光学透镜
0.2——0.85 —1.44(浸没光刻)
下一代光刻技术 NGL
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998
2001 2004 2007 2010 2013 2016
8.4.3 分辨率增强技术 RET
开发更短波长的 曝光光源
546 (e-line) ,436(g-line),365(i-line), 248(KrF), 193(ArF),157(F2),EUV 电子束(0.1-0.05Å),离子束,X射线
影得到的图形对比度越高。
正胶：感光区域显影溶解，所形成的是掩膜板图形的正 映像 负胶：反之 方法：喷洒显影液 静止显影 漂洗、旋干
天津工业大学
天津工业大学
正胶和负胶
天津工业大学
显影中可能存在的问题Leabharlann 天津工业大学显影设备
主流微电子制造过程中，光刻是最复杂，昂贵和关键的工艺，占总成 本的1/3，一个典型的硅工艺需要15-20块掩膜，光刻工艺决定着整个 IC工艺的特征尺寸，代表着工艺技术发展水平。
理想的曝光图形
正胶
实际的曝光图形
微粒含量和金属含量
储存寿命
负胶
理想曝光图形与实际图形的差别
天津工业大学
§8.4 曝光系统
按光源分类：
紫外（UV） 曝 光 系 统
光学曝光系统
深紫外（DUV） 电子束曝光系统 非光学曝光系统 X射线曝光系统 离子束曝光系统
天津工业大学
8.4.1 紫外（UV）光源
研制大数值孔径光学透镜
0.2——0.85 —1.44(浸没光刻)
下一代光刻技术 NGL
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998
2001 2004 2007 2010 2013 2016
8.4.3 分辨率增强技术 RET
开发更短波长的 曝光光源
546 (e-line) ,436(g-line),365(i-line), 248(KrF), 193(ArF),157(F2),EUV 电子束(0.1-0.05Å),离子束,X射线
影得到的图形对比度越高。
正胶：感光区域显影溶解，所形成的是掩膜板图形的正 映像 负胶：反之 方法：喷洒显影液 静止显影 漂洗、旋干
天津工业大学
天津工业大学
正胶和负胶
天津工业大学
显影中可能存在的问题Leabharlann 天津工业大学显影设备
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
26
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。
27
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。
12
八、去胶
13
8.2 分辨率
聚乙烯醇肉桂 酸酯 KPR胶的 光交联(聚合)
18
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
19
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
20
DNQ-酚醛树脂光刻胶的化学反应
1
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。
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。
27
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。
12
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)
18
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
20
DNQ-酚醛树脂光刻胶的化学反应
1
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。
光刻与刻蚀工艺
光刻与刻蚀工艺光刻与刻蚀工艺，这听起来好像是个特别高大上、特别复杂的东西，对吧？但其实啊，它就像是我们生活中的一场精心编排的舞蹈，每一个步骤都精准而有序。
先来说说光刻。
这就好比是在一张巨大的画布上作画，只不过这画布不是普通的纸，而是小小的芯片。
想象一下，你拿着一支超级精细的“画笔”，要在这小小的芯片上画出极其复杂的图案，而且不能有一丝一毫的差错。
这“画笔”其实就是光刻机发出的光线，通过一系列的操作，把设计好的电路图案精确地“印”在芯片表面。
我记得有一次，我在实验室里观察光刻的过程。
那台光刻机就像是一个神秘的大家伙，安静地矗立在那里。
操作人员小心翼翼地调整着各种参数，眼睛紧紧盯着屏幕上的图像。
当光线照射在芯片上的那一刻，我仿佛看到了一场魔法的诞生，那些细微的线条逐渐清晰起来，就像夜空中绽放的烟花一样绚烂。
刻蚀呢，就像是一位精细的雕刻大师，拿着刻刀在已经画好图案的芯片上进行雕琢。
它要把不需要的部分一点点地去除掉，留下的就是我们需要的电路结构。
这个过程就像是在豆腐上雕花，需要极度的细心和耐心。
比如说，有一次我看到一块芯片在进行刻蚀工艺，旁边的工程师们紧张得大气都不敢出。
刻蚀液缓缓地流淌在芯片表面，一点点地侵蚀着多余的部分。
每一秒钟都显得那么漫长，大家都在等待着最终完美的结果。
光刻和刻蚀工艺的结合，就像是一场完美的双人舞。
光刻画出了优美的线条，刻蚀则将这些线条雕琢得更加精致。
它们相互配合，缺一不可，共同为制造出高性能的芯片而努力。
在现代科技的舞台上，光刻与刻蚀工艺是当之无愧的明星。
从我们日常使用的手机，到超级计算机，再到各种智能设备，都离不开它们的功劳。
就拿我们的手机来说吧，芯片的性能直接决定了手机的运行速度和功能。
而光刻与刻蚀工艺的不断进步，让芯片变得越来越小，性能却越来越强大。
以前的手机又大又笨重，功能也很有限。
但现在，小小的手机里却蕴含着巨大的能量，这都要归功于光刻与刻蚀工艺的不断创新和发展。
而且啊，这光刻与刻蚀工艺的发展可不是一帆风顺的。
chap8光刻与刻蚀工艺
52
53
三、各种曝光方式的比较
54
31
三、投影式曝光
光源光线经透镜后 变成平行光，然后通 过掩膜版并由第二个 透镜聚焦投影并在硅 片上成像，硅片支架 和掩膜版间有一个对 准系统。
32
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延 长了掩膜版的寿命。 掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多， 克服了小图形制版的困难。 消除了由于掩膜版图形线宽过小而产 生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面 接触不平整而产生的光散射现象。 投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻 设备中许多镜头需要特制，设备复杂
48
AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到
310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、 315nm。 ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到 315nm，峰值光谱为230nm、280nm、 300nm。
49
50
远紫外光作为曝光方法通常有两种： 对准曝光和泛光曝光(不必对准)。
33
四、直接分步重复曝光（补充）
–三个独特的优点：
–（1）它是通过缩小投影系统成像的，因 而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分 辨率可达到1～1.5微米； –（ 2 ）不要 1:1 精缩掩膜，因而掩膜尺寸 大，制作方便。由于使用了缩小透镜，原 版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减 小了原版缺陷的影响；
28
三种光刻方式
29
一、接近式曝光（装置示意图见书图8.13）
接近式曝光是以牺牲分辨率来 延长了掩膜版的寿命。 大尺寸和小尺寸器件上同时保 持线宽容限还有困难。另外，与接 触式曝光相比，接近式曝光的操作 比较复杂。
30
二、接触式曝光
系统同接近式曝光，唯一的区别是 掩膜版与硅片是紧密接触。 曝光由于掩膜版与硅片相接触磨损， 使掩膜版的寿命降低。 其分辨率优于接近式曝光。 容易引入大量的工艺缺陷，成品率 低，目前已处于被淘汰的地位。
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三、各种曝光方式的比较
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三、投影式曝光
光源光线经透镜后 变成平行光，然后通 过掩膜版并由第二个 透镜聚焦投影并在硅 片上成像，硅片支架 和掩膜版间有一个对 准系统。
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避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延 长了掩膜版的寿命。 掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多， 克服了小图形制版的困难。 消除了由于掩膜版图形线宽过小而产 生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面 接触不平整而产生的光散射现象。 投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻 设备中许多镜头需要特制，设备复杂
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AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到
310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、 315nm。 ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到 315nm，峰值光谱为230nm、280nm、 300nm。
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远紫外光作为曝光方法通常有两种： 对准曝光和泛光曝光(不必对准)。
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四、直接分步重复曝光（补充）
–三个独特的优点：
–（1）它是通过缩小投影系统成像的，因 而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分 辨率可达到1～1.5微米； –（ 2 ）不要 1:1 精缩掩膜，因而掩膜尺寸 大，制作方便。由于使用了缩小透镜，原 版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减 小了原版缺陷的影响；
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三种光刻方式
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一、接近式曝光（装置示意图见书图8.13）
接近式曝光是以牺牲分辨率来 延长了掩膜版的寿命。 大尺寸和小尺寸器件上同时保 持线宽容限还有困难。另外，与接 触式曝光相比，接近式曝光的操作 比较复杂。
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二、接触式曝光
系统同接近式曝光，唯一的区别是 掩膜版与硅片是紧密接触。 曝光由于掩膜版与硅片相接触磨损， 使掩膜版的寿命降低。 其分辨率优于接近式曝光。 容易引入大量的工艺缺陷，成品率 低，目前已处于被淘汰的地位。
第八章光刻8
第八章 光刻与刻蚀工艺
光刻是集成电路工艺中的关键性技 术，由于光刻技术的不断更新，推 动了ULSI的高速发展。
1958年，光刻技术的发明，研制 成功平面晶体管，推动了集成电 路的发明。
由1959年集成电路发明至今的40 多年里，集成电路的集成度不断 提高，器件的特征尺寸不断减小。 这个时期中，集成电路图形的线 宽缩小了4个数量级，集成度提 高了6个数量级，这一切都归功 于光刻技术的进步。
光刻的工艺流程
1涂胶：是在Si片或其它薄膜表面， 涂上一层粘附良好，厚度适当，均 匀的光刻胶膜。
脱水烘焙 方法：旋转法 步骤：喷胶——加速——保持
前烘：
是使胶膜体内溶剂充分地挥发，使胶 膜干燥以增加胶膜与SiO2膜（或金属 膜）的粘附性和胶膜的耐磨性，即在 曝光对准时允许胶膜与掩模版有一定 紧贴而不磨损胶膜，不沾污掩模版； 同时，只有光刻胶干燥，在曝光时才 能充分进行光化学反应。
在甩胶和和前烘后，在光刻胶上甩上一层 对比增强层。这层通常是不透明的，但在 投影曝光系统中，不透明对比增强层在强 光的作用下变为透明，光线通过透明的对 比增强层对下面的光刻胶曝光。
在曝光中，不透明的对比增强层可以吸收 衍射光线。
对比增强层直接与光刻胶接触，它的作用 类似接触式曝光中的掩模版，达到接触式 曝光的效果，而不受其限制。
含有高浓度P的SiO2表面，使光刻胶粘附 变差,在P扩散后进行光刻时容易出现浮胶 或钻蚀。
增强黏附方法：对硅片进行脱水处理、 使用增黏剂、提高坚膜的温度
8.3 光刻胶的基本属性(溶解度 和黏滞度)
光刻胶由溶剂溶解了固态物质所 形成的液体，其中溶解的固态物 质所占的比重为溶解度
溶解度决定甩胶后所形成的光刻 胶的厚度以及光刻胶的流动性。
光刻是集成电路工艺中的关键性技 术，由于光刻技术的不断更新，推 动了ULSI的高速发展。
1958年，光刻技术的发明，研制 成功平面晶体管，推动了集成电 路的发明。
由1959年集成电路发明至今的40 多年里，集成电路的集成度不断 提高，器件的特征尺寸不断减小。 这个时期中，集成电路图形的线 宽缩小了4个数量级，集成度提 高了6个数量级，这一切都归功 于光刻技术的进步。
光刻的工艺流程
1涂胶：是在Si片或其它薄膜表面， 涂上一层粘附良好，厚度适当，均 匀的光刻胶膜。
脱水烘焙 方法：旋转法 步骤：喷胶——加速——保持
前烘：
是使胶膜体内溶剂充分地挥发，使胶 膜干燥以增加胶膜与SiO2膜（或金属 膜）的粘附性和胶膜的耐磨性，即在 曝光对准时允许胶膜与掩模版有一定 紧贴而不磨损胶膜，不沾污掩模版； 同时，只有光刻胶干燥，在曝光时才 能充分进行光化学反应。
在甩胶和和前烘后，在光刻胶上甩上一层 对比增强层。这层通常是不透明的，但在 投影曝光系统中，不透明对比增强层在强 光的作用下变为透明，光线通过透明的对 比增强层对下面的光刻胶曝光。
在曝光中，不透明的对比增强层可以吸收 衍射光线。
对比增强层直接与光刻胶接触，它的作用 类似接触式曝光中的掩模版，达到接触式 曝光的效果，而不受其限制。
含有高浓度P的SiO2表面，使光刻胶粘附 变差,在P扩散后进行光刻时容易出现浮胶 或钻蚀。
增强黏附方法：对硅片进行脱水处理、 使用增黏剂、提高坚膜的温度
8.3 光刻胶的基本属性(溶解度 和黏滞度)
光刻胶由溶剂溶解了固态物质所 形成的液体，其中溶解的固态物 质所占的比重为溶解度
溶解度决定甩胶后所形成的光刻 胶的厚度以及光刻胶的流动性。
chap8刻蚀工艺解析
33
二. 常用材料的腐蚀剂
待腐蚀材料 Si (单晶) Si（多晶）
SiO2 Si3N4 Al Mo,W,Ta,Ti Cr,V Au,Pt WSi2, Mo Si2 光刻胶
腐蚀剂
CF4, CF4+O2
CF4, C2F6+Cl2, CCl6+Cl2,
CF4+H2, C3F8 CF4, CF4+O2,CF4+H2, BCl3+Cl2, CCl4+Cl2, CF4+O2 CF4+O2, Cl2+O2 C2 Cl2F4+O2, C2 Cl2F4 CF4+O2，SF6+O2 ，N F2 O2
腐蚀，以HF酸腐蚀SiO2为例： SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O此反应的 产
物是气态的 SiF4和水,其反应速率R可 用 Arrhenius 方 程 描 述 ： R = R0exp(Ea/kT) ， 其 中 R0 是 常 数 ， Ea 是 反 应 的 激活能，k是玻耳兹曼常数，T是温度
H、显影和刻蚀的影响：
44
• （2）浮胶：
• 在显影或刻蚀时，硅片表面上的胶膜会 起皱，呈桔皮状或大面积胶膜脱落。这 种现象称为溶胶或脱胶。出现原因如下。
• 1）操作环境湿度过大：当操作室内空气 中的水分较多时，二氧化硅很容易将水 吸到表面，造成胶膜与硅片表面粘附不 好，在显影时就产生溶胶。
• 2）硅片面膜上不干净：硅片表面生长的 薄层，由于表面不干净，那么与光刻胶 粘附力下降，造成了溶胶。
实 际 用
BOE：buffered oxide etching 或BHF: buffered HF
加入NH4F缓冲液：弥补 F和降低对胶的刻蚀
二. 常用材料的腐蚀剂
待腐蚀材料 Si (单晶) Si（多晶）
SiO2 Si3N4 Al Mo,W,Ta,Ti Cr,V Au,Pt WSi2, Mo Si2 光刻胶
腐蚀剂
CF4, CF4+O2
CF4, C2F6+Cl2, CCl6+Cl2,
CF4+H2, C3F8 CF4, CF4+O2,CF4+H2, BCl3+Cl2, CCl4+Cl2, CF4+O2 CF4+O2, Cl2+O2 C2 Cl2F4+O2, C2 Cl2F4 CF4+O2，SF6+O2 ，N F2 O2
腐蚀，以HF酸腐蚀SiO2为例： SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O此反应的 产
物是气态的 SiF4和水,其反应速率R可 用 Arrhenius 方 程 描 述 ： R = R0exp(Ea/kT) ， 其 中 R0 是 常 数 ， Ea 是 反 应 的 激活能，k是玻耳兹曼常数，T是温度
H、显影和刻蚀的影响：
44
• （2）浮胶：
• 在显影或刻蚀时，硅片表面上的胶膜会 起皱，呈桔皮状或大面积胶膜脱落。这 种现象称为溶胶或脱胶。出现原因如下。
• 1）操作环境湿度过大：当操作室内空气 中的水分较多时，二氧化硅很容易将水 吸到表面，造成胶膜与硅片表面粘附不 好，在显影时就产生溶胶。
• 2）硅片面膜上不干净：硅片表面生长的 薄层，由于表面不干净，那么与光刻胶 粘附力下降，造成了溶胶。
实 际 用
BOE：buffered oxide etching 或BHF: buffered HF
加入NH4F缓冲液：弥补 F和降低对胶的刻蚀
半导体工艺(第8章)刻蚀
典型的氧化去胶是H2SO4 ：H2O2=3：1；
优点：
洗涤过程十分简单，即用去离子水冲洗即 可；
但要注意，氧化剂对衬底表面也有腐蚀作 用（十分轻微）；
等离子体去胶
一种近几年发展起来的一种新工艺； 不需要化学试剂，也不需要加温，因此，
器件的结构性和金属铝层都不受影响； 这对提高产品质量和可靠性有好处；
干法刻蚀是指以气体为主要媒体的刻蚀技 术，晶圆不需要液体化学品或冲洗，刻蚀 过程在干燥的状态进出系统；
干法刻蚀种类
等离子体刻蚀（以化学反应为主，较少采
用）
物理刻蚀（物理溅射作用） 反应离子刻蚀（既有化学反应，又有物理
溅射）
等离子体概念：
当对一个低压强的容器内的气体施加电压 时，这些原本中性的气体分子将被激发或 离解成各种不同的带电粒子（离子、原子 团、分子及电子）。这些离子便称为等离 子体；
如果用CF4或其他含氟的气体来进行刻蚀， 则选择性较差；
以CF3为例， 对SiO2与Si的刻蚀选择性在 10以上，但是对Si3N4与Si的刻蚀选择性仅 在3~5之间，对Si3N4与SiO2的选择性仅在 2~4之间。故近期改用NF3的等离子体进行 刻蚀，结果比较理想；
多晶硅的刻蚀
多晶硅的刻蚀比Si3N4和SiO2要复杂得多； 多晶硅栅极本身由两层不同材料组成（多
原理：
系统中通入氧气，在外加高频电磁场作用 下，氧气电离，形成等离子区；
其中活化的原子态氧约占10%~20%，他们 活性活泼，氧化能力强，与光刻胶发生反 应；
一些易于氧化的材料，用湿法清洗很容易 被氧化，如果改用干法洗，就可以避免这 一缺陷；
目前用得最多的是干法刻蚀的反应室，可 以与淀积金属的薄膜反应实相连接，经干 法清洗以去除硅片表面氧化层后，可以保 持在真空状态下，再进行表面镀膜；
08光刻与刻蚀-01
热板
26
27
曝光（ 曝光（ Expose ）
对准： 对准： 将具有图形的掩模 板放在光刻胶表面 并将图形对准。 并将图形对准。 与前面工艺形成的 图形进行套准。 图形进行套准。
28
曝光： 曝光： 用尽可能短的时间使光刻胶 充分感光， 充分感光，在显影后获得近 似垂直的光刻胶侧壁和可控 的线宽。 的线宽。 曝光前：正光刻胶的感光剂 曝光前： 不溶于水； 不溶于水； 曝光后， 曝光后，感光剂发生光化学 反应， 反应，在碱性中的溶解度增 加100倍，从而实现图形转 倍 移。
developer dispenser
vacuum chuck spindle
影响显影速率的因素： 影响显影速率的因素：
显影液的溶液、温度， 显影液的溶液、温度，光刻胶 的前烘条件和曝光量
31
32
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坚膜：后烘（ 坚膜：后烘（ Post-bake） ）
去除显影后胶层内残留的溶 使胶膜坚固， 剂，使胶膜坚固，同时提高粘 附力和抗蚀性。 附力和抗蚀性。 烘烤条件 10～30min@100～140℃ ～ ～ ℃
18
• 如果在光刻胶上面放置具有一定图形的掩模 板，曝光后由于图形选择性感光，显影后在 曝光后由于图形选择性感光， 光刻胶上留下掩模板的图形。 光刻胶上留下掩模板的图形。
• 利用留下的光刻胶作为保护，再进一步对没 利用留下的光刻胶作为保护， 有光刻胶保护的区域进行刻蚀或离子注入。 有光刻胶保护的区域进行刻蚀或离子注入。 刻蚀或离子注入 • 实现了光刻胶上的图形转移到硅表面的过程。 实现了光刻胶上的图形转移到硅表面的过程。
13
• 光刻是集成电路工艺中的关键性技术，有力推 光刻是集成电路工艺中的关键性技术， 动了ULSI工艺的高速发展。 动了ULSI工艺的高速发展。 ULSI工艺的高速发展 • 光刻成本大约占整个工艺成本的1/3，光刻的分 光刻成本大约占整个工艺成本的1/3， 1/3 辨率（线宽） IC工艺水平的标志。 辨率（线宽）是IC工艺水平的标志。 工艺水平的标志 • 光刻技术涉及到光学、物理学、精密机械、自 光刻技术涉及到光学、物理学、精密机械、 动化控制以及电子技术， 动化控制以及电子技术，是要求极高的系统化 工业技术。 工业技术。 • 目前世界上的曝光机主要由日本及瑞士的三家 目前世界上的曝光机主要由日本及瑞士的三家 公司制造。 公司制造。 制造
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。
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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）；
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则 6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％； 10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％； 15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％； 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。 掩膜版尺寸：
①接触式接近式和投影式曝光机：1∶1 ②分步重复投影光刻机（Stepper）：4∶1；5∶1；
烷），去掉SiO2表面的-OH，增强 光刻胶与表面的黏附性。
8.1.1 光刻工艺流程
光刻3－涂胶 Spin Coating
①要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚
的5－8倍） ②涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√
旋转涂胶 Spin Coating
影不干净。
Baking Systems
8.1.1 光刻工艺流程
5-6、对准与曝光 Alignment and Exposure
Most critical process for IC fabrication Most expensive tool (stepper) in an IC fab. Determines the minimum feature size Currently 45nm and pushing to 32 nm
8.1.1 光刻工艺流程
3、涂胶 Photoresist Coating
2)预烘和打底胶 Pre-bake and Primer Vapor
4、前烘 Soft Bake
8.1.1 光刻工艺流程
5、对准 Alignment
7、后烘 Post Exposure Bake
6、曝光 Exposure
8、显影 Development
1）对准和曝光设备 --光刻机
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）
接触式曝光示意图
接近式曝光示意图
投影式曝光示意图
步进-重复（Stepper） 曝光示意图
8.1.1 光刻工艺流程
2）曝光光源：
光学曝光、X射线曝光、电子束曝光
①光学曝光－紫外，深紫外
高压汞灯：紫外(UV），300－450nm；
①作用：促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2 （Al 膜等）的粘附性及耐磨性。
②影响因素：温度，时间。 烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，图形易变形。 烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显不出图形。 烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），不易溶于显影液，导致显
10∶1
Clean Room净化间
洁净等级：尘埃数/m3； （尘埃尺寸为0.5μm） 10万级：≤350万，单晶制备； 1万级：≤35万，封装、测试； 1000级：≤35000，扩散、CVD； 100级：≤3500，光刻、制版；
深亚微米器件（尘埃尺寸为0.1μm） 10级：≤350，光刻、制版； 1级：≤ 35，光刻、制版；
集成电路制造技术
第八章 光刻与刻蚀工艺
2013年9月
主要内容
光刻的重要性 光刻工艺流程 光源 光刻胶 分辨率 湿法刻蚀 干法刻蚀
第八章 光刻与刻蚀工艺
IC制造中最重要的工艺：①决定着芯片的最小特征尺寸 ②占芯片制造时间的40-50%③占制造成本的30%
光刻：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转 移到光刻胶上。
8.1 光刻工艺 Photolithography Process
光刻工艺的基本步骤
➢• 涂胶 Photoresist coating ➢• 曝光 Exposure ➢• 显影 Development
光刻工艺的主要步骤
✓涂胶 ✓前烘 ✓曝光 ✓后烘 ✓显影 ✓坚膜
1)清洗硅片 Wafer Clean
8.1.1 光刻工艺流程
9、坚膜 Hard Bake
10、图形检测 Pattern Inspection
8.1.1 光刻工艺流程
光刻1－清洗
RCA标准清洗
光刻2－预烘和打底膜
SiO2:亲水性；光刻胶：疏水性； 预烘：去除Si片水汽，增强光刻
胶与表面的黏附性；大约1000C； 打底膜：涂HMDS（六甲基乙硅氮
圆片放置在涂胶机的真空卡盘上 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
EBR: Edge bead removal边缘修复
光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系
与涂胶旋转速率成反比 与光刻胶粘性成正比
8.1.1 光刻工艺流程
光刻4－前烘Soft Bake
刻蚀：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上 光刻三要素：①光刻机②光刻版（掩膜版）③光刻胶 ULSI对光刻的要求：高分辨率；高灵敏的光刻胶；
低缺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；精密的套刻对准；
第八章 光刻与刻蚀工艺
特征尺寸与栅长的摩尔定律 与特征尺寸相应的光源
第八章 光刻与刻蚀工艺
接触式与投影式光刻机
掩模版
光刻胶中的驻波效应
8.1.1 光刻工艺流程
光刻8－显影(Development)
显影液溶解掉光刻胶中软化部分（曝光的正胶或未曝光 的负胶）
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
8.1.1 光刻工艺流程
光刻8－显影(Development)
显影液：专用 正胶显影液：含水的碱性显影液，如KOH、
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