第五章半导体器件工艺学之光刻知识讲解
光刻工艺知识点总结
光刻工艺知识点总结光刻工艺是半导体制造工艺中的重要环节，通过光刻技术可以实现微米级甚至纳米级的精密图案转移至半导体芯片上，是芯片制造中最关键的工艺之一。
光刻工艺的基本原理是利用光学原理将图案投射到光刻胶上，然后通过化学蚀刻将图案转移到芯片表面。
下面将对光刻工艺的知识点进行详细总结。
一、光刻工艺的基本原理1. 光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心材料，主要由树脂和溶剂组成。
树脂的种类和分子结构直接影响着光刻胶的分辨率和对光的敏感度，而溶剂的选择和比例则会影响着光刻胶的黏度、流动性和干燥速度。
光刻胶的选择要根据不同的工艺要求，如分辨率、坚固度、湿膜厚度等。
2. 掩模掩模是用来投射光刻图案的模板，通常是通过电子束刻蚀或光刻工艺制备的。
掩模上有所需的图形样式，光在通过掩模时会形成所需的图案。
3. 曝光曝光是将掩模上的图案投射到光刻胶表面的过程。
曝光机通过紫外线光源产生紫外线，通过透镜将掩模上的图案投射到光刻胶表面，形成图案的暗部和亮部。
4. 显影显影是通过化学溶液将光刻胶上的图案显现出来的过程。
曝光后，光刻胶在图案暗部和亮部会有不同的化学反应，显影溶液可以去除未暴露的光刻胶，留下所需的图案。
5. 蚀刻蚀刻是将图案转移到硅片上的过程，通过化学腐蚀的方式去除光刻胶未遮盖的部分，使得图案转移到硅片表面。
二、光刻工艺中的关键技术1. 分辨率分辨率是指光刻工艺能够实现的最小图案尺寸，通常用实际图案中两个相邻细线或空隙的宽度之和来表示。
分辨率受到光刻机、光刻胶和曝光技术等多个因素的影响，是衡量光刻工艺性能的重要指标。
2. 等效焦距等效焦距是光刻机的重要参数，指的是曝光光学系统的有效焦距，影响光刻图案在光刻胶表面的清晰度和分辨率。
3. 曝光剂量曝光剂量是指单位面积上接收的光能量，通常用mJ/cm^2或μC/cm^2来表示。
曝光剂量的选择对分辨率和光刻胶的副反应有重要影响。
4. 曝光对位精度曝光对位精度是指光刻胶上已存在的图案和新的曝光对位的精度，是保证多层曝光图案对位一致的重要因素。
半导体光刻技术原理
半导体光刻技术原理
半导体光刻技术是一种制造集成电路（IC）的关键工艺，其原理
可以概括为以下几个步骤：
1. 光刻胶涂覆：首先，在半导体晶片表面涂覆一层光刻胶，光
刻胶是一种感光聚合物材料。
这一步的目的是将光刻胶涂覆在晶片上，形成一个平整的薄膜。
2. 接触或光刻机对齐：将掩膜（即芯片的图案）和晶片通过接
触方式或光刻机对齐，确保图案准确地投射到光刻胶层上。
3. 曝光：通过强光源，将光刻胶层中未被掩模遮挡的部分进行
曝光，使其变化。
在半导体中，光刻胶中有两种常见的类型：正型光
刻胶和负型光刻胶。
正型光刻胶在曝光后变得难以溶解，而负型光刻
胶在曝光后变得容易溶解。
4. 显影：将已曝光的光刻胶表面进行显影处理。
对正型光刻胶
来说，通过显影剂将未曝光区域的光刻胶去除，暴露出底部的晶片表面。
对负型光刻胶来说，未曝光的区域的光刻胶被保留下来。
5. 刻蚀或镀膜：通过化学刻蚀或物理镀膜等方式，将暴露的晶
片表面进行加工，例如在半导体中形成导线或沟槽等细微结构。
这一
步骤通常需要使用一系列化学和物理过程。
通过上述步骤的重复，可以逐步在晶片上形成多层结构，最终制
造出具有丰富功能的集成电路芯片。
这样的芯片可以完成各种计算和
存储任务，成为现代电子设备的核心。
光刻技术原理全解
光刻技术原理全解光刻技术是一种微电子制造中非常重要的技术方法，常用于半导体器件制造过程中。
它通过使用光刻胶光刻胶（photoresist）和光源光源（light source）制作芯片上各种测量、定义和纳米加工细节的光刻工艺步骤，实现高精度的微纳米尺寸特征的制作。
下面将为您介绍光刻技术的原理。
光刻技术的原理基于光的光的干涉和衍射原理。
首先，需要一个光源，通常使用的是紫外线（UV）光源，因为紫外线具有高能量和短波长，对于制作微小特征具有优势。
光源产生的UV光通过光学系统会聚到准直镜上，进一步聚焦到光刻胶表面。
光刻胶是光刻技术中非常关键的材料。
它是一种光敏树脂，通过特殊的化学处理使其对紫外线光有响应。
在曝光过程中，光刻胶对紫外线光会产生化学反应，发生聚合或降解的变化，被曝光的区域与未曝光区域的物性发生差异，从而形成图案。
在光刻胶的表面上，需要使用掩膜（mask）制作出期望的图案。
掩膜是一个类似于胶片的透明基片，其上涂有几层不同材料构成的图案。
掩膜上的不透明部分会阻挡光的透过，形成尺寸精确的光刻图案。
掩膜的图案是根据芯片设计师所需的结构进行设计和制作的。
当光刻胶在光源的照射下进行曝光时，通过光学系统重新聚焦到光刻胶表面，被曝光的区域会发生化学反应，使光刻胶发生改变。
在光刻胶材料中有两类最常用的光刻胶，一种是正相光刻胶（positive photoresist），另一种是负相光刻胶（negative photoresist）。
正相光刻胶在紫外线照射下，被照射的区域聚合形成硬化的物质，而负相光刻胶则是被照射区域发生降解，形成溶解物。
曝光之后，还需要进行显影（develop）的工艺步骤。
显影是使光刻胶发生物理或化学变化，从而去除未曝光或曝光后不需要的材料的过程。
对于正相光刻胶，未曝光区域显影后会被去除，而曝光区域则会保留下来。
对于负相光刻胶，则是未曝光区域保留，而曝光区域被去除。
经过显影之后，我们得到了期望的图案，其中未被照射的区域通过显影工艺去除的，形成了芯片上的光刻图案。
半导体制程培训-光刻.pptx
后段制程
1：构装（Packaging）、 2：测试制程（Initial Test and Final Test）
2
半导体制造工艺流程
前段制程
1>.衬底选择 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B
半导体制造工艺流程
2>.硅片定位边或定位槽
在硅锭上做一个定位边来标明晶体结构和硅片的晶向。 主定位边标明了晶体结构的晶向，如图2.12所示还有一个 次定位边标明硅片的晶向和导电类型。
半半导导体体制制造造工工艺艺流流程程
让让我我们们和和迈迈博博瑞瑞一一起起成成长长
作作者者：：RRiicchhaardrd_LiLuiu
半导体制造工艺流程
半导体元件制造过程可分为:
光刻原理详细步骤
光刻原理详细步骤光刻技术是半导体制造工艺中至关重要的步骤之一，用于在半导体芯片上将图案转移到光刻胶层或硅表面。
光刻技术通过光源、光刻胶、掩膜等组成的光刻机来完成。
在光刻技术中，主要包括光刻胶涂布、曝光、显影和刻蚀等步骤。
下面将详细介绍光刻技术的步骤和原理。
首先是光刻胶涂布。
在光刻工艺中，光刻胶被涂布在硅片表面或半导体材料上，以形成光刻胶层。
涂布过程中，需要将光刻胶稀释，使其具备一定的流动性。
这样才能更好地填充表面的凹陷和粗糙区域，并保持光刻胶层的均匀度。
在涂布中，涂胶机在硅片上建立一层顺滑的涂胶层，通过旋转硅片使光刻胶均匀地分布在硅片表面。
在涂布完成后，通过在烤箱中对光刻胶进行烘烤，将其固化成薄膜。
其次是曝光过程。
曝光是光刻技术中最重要的步骤之一，用于将图案转移到光刻胶层或硅表面。
曝光过程主要分为三个步骤：对准、曝光和显影。
首先是对准。
对准是为了保证光刻胶层上的图案与掩模上的图案对齐。
现代光刻机使用显微镜和自动对准系统实现对准。
自动对准系统通过显微镜观察已经涂布光刻胶的硅片表面，并通过对比硅片表面和掩模上已有的对准标记，调整硅片的位置，使其准确对准。
接下来是曝光。
曝光是光刻技术的核心步骤，用于将掩模上的图案转移到光刻胶层或硅表面。
光刻机通过投射光源至掩膜上，然后通过透过掩膜的透明区域，将光投射到光刻胶层上。
根据掩膜上的图案，光刻胶层会在光照区域发生化学或物理反应。
这些反应会导致光刻胶层在曝光区域进行固化或溶解。
通过掩膜上的光学限制性，只有光照区域的光刻胶会被固化或溶解，从而形成所需的图案。
最后是显影和刻蚀。
显影是将已经暴露的光刻胶层中的未固化或未溶解的部分去除，使其暴露出下面的硅表面。
显影过程一般使用化学液体，通过浸泡或喷洒的方式使溶剂溶解掉未暴露的光刻胶。
刻蚀是将已经显影的光刻胶层和下面的硅表面一同去除。
刻蚀根据需要选择不同的刻蚀方法，包括化学刻蚀、干法刻蚀等。
在整个光刻过程中，掩模的质量和对准的准确性对最终的芯片质量有着至关重要的影响。
半导体器件制造工艺与工程
半导体器件制造工艺与工程半导体器件是现代电子技术的重要组成部分，其制造需要严格的工艺与工程流程。
本文将从半导体器件工艺流程、光刻技术、薄膜沉积、离子注入等方面进行讲解。
一、半导体器件工艺流程半导体器件的制造工艺流程包括晶圆加工、晶体管工艺和封装三个阶段。
晶圆加工主要包括晶圆清洗、蒸镀金属、光刻、薄膜沉积、离子注入等工序。
晶体管工艺主要包括扩散、腐蚀、金属化等工序。
最后是封装工艺，将晶体管封装进外壳里，供电、信号输入和输出，组成完整的半导体器件。
二、光刻技术光刻技术是半导体制造中最基础的工艺之一。
其原理是在光感物质上使用模板，保留或排除感光物质，通过光刻机的光学系统，将光通过模板准确地投射在感光胶上，然后用化学反应将模板上的芯片形状转移到晶圆的感光胶层上。
在光刻技术中，光刻胶是非常关键的一环。
光刻胶不仅对于芯片形状的精度和特异性要求高，还需要对化学材料的性质和工艺参数进行调节。
此外，为了控制芯片的形状和尺寸，光刻工艺中的设备精度也必须保证。
三、薄膜沉积薄膜沉积是半导体器件制造的关键技术之一。
通过基底反应和薄膜沉积，制造出各种需要的薄膜。
薄膜沉积也被广泛应用于集成电路制造中。
它可以对硅晶体进行修饰，实现对电子的限制和引导，从而控制晶体管的性能。
薄膜沉积分为物理气相沉积和化学气相沉积两种。
物理气相沉积主要是利用物理作用（如热蒸发法和磁控溅射法）将各种金属或非金属材料沉积在基底上。
而化学气相沉积利用化学反应，在气相中形成各种反应物，然后将它们沉积在基底上。
不同的沉积方法适用于不同的材料和工艺参数。
四、离子注入离子注入是一种将离子轰击纯度很高的半导体材料或化合物的过程，使查入材料中的离子能够定向地穿过材料的晶体网。
离子注入技术用于制造各种半导体器件。
在离子注入的过程中，离子利用加速电压进行加速，以进入材料内部，随后通过反应与材料进行结合。
通过调节离子源的电场和材料的表面控制离子注入的能量和角度，从而实现对器件中材料的瞬态调制。
第五章半导体器件工艺学之光刻
硅片清洗
脱水烘焙与气相成底膜
二、旋转涂胶
质量参数：厚度、均匀性、颗粒沾污、光 刻胶缺陷（如针孔）等
厚度和均匀性 光刻胶厚度通常在1μm数量级 单片厚度变化≤20—50A 大批量的片间厚度＜30A
旋转涂胶4个基本步骤
匀胶机
三、前烘（软烘）
目的： 光刻胶中的溶剂部分挥发 增强光刻胶的粘附性，光吸收及抗腐蚀能力 缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力 如果没有前烘，可能带来的问题有： 光刻胶发黏，易受颗粒污染 光刻胶来自旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题 溶剂含量过高导致显影时由于溶解差异，而很难区
顶部抗反射涂层
五、曝光后烘焙
目的：提高光刻胶的粘附性和减少驻波影响 曝光后烘重新分布了光刻胶中的光敏化合物
（PAC），并通过减少驻波获得了较陡直的光 刻胶侧墙剖面
曝光后烘焙降低驻波的影响
六、显影
显影的关键：产生的关键尺寸达到规格要求 显影中可能出现的问题： 显影不足：比正常线条要宽并且在侧面有斜坡 不完全显影：在 衬底上留下应去掉的光刻胶 过显影：除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙
基本步骤
一、气相成底膜
目的：增强硅片与光刻胶的黏附性 底膜处理的步骤
1.硅片清洗 不良的表面沾污会造成： 光刻胶与硅片的黏附性差，可能会浮胶、钻蚀 颗粒沾污会造成不平坦的涂布，光刻胶针孔
2.脱水烘焙 使硅片表面呈干燥疏水性
3.底膜处理 HMDS作用：影响硅片表面形成疏水表面 增强硅片与胶的结合力 成底膜技术：旋转法和气相法
曝光系统就是找到并维持整个硅片和不同硅片 的最佳聚焦
DOF=λ/2（NA）2
焦深（DOF）
分辨率和焦深的对应关系
在光刻中，对图像质量起关键作用的两个 因素是分辨率和焦深。
半导体制造工艺之光刻原理
• 通过透镜、反射镜等光学系统进行光束传输 • 光束传输过程中的衰减、畸变和散射会影响曝光效果
光刻胶的敏感性与曝光剂量
光刻胶的敏感性
• 对光的敏感程度，影响曝光效果 • 敏感性高的光刻胶适用于低能量光源和短曝光时间 • 敏感性低的光刻胶适用于高能量光源和长曝光时间
曝光剂量
• 曝光过程中光束的能量密度 • 曝光剂量的选择与光刻胶的敏感性、工艺要求和设备性 能密切相关
光刻工艺在微纳制造中的前景
• 实现更高分辨率和精度的图形加工 • 发展新型光刻技术和工艺，满足微纳制造的需求 • 推动微纳制造领域的技术创新和产业发展
谢谢观看
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光刻工艺面临的挑战与解决方案
光刻工艺面临的挑战
• 光源波长的限制：难以满足高精度和细线条的工艺要求 • 光刻胶的性能限制：难以满足高性能器件的工艺要求 • 工艺成本和环境影响：难以满足大规模生产的需求
光刻工艺的解决方案
• 发展新型光源和光刻技术：如极紫外光刻、电子束光刻 等 • 发展新型光刻胶和抗蚀材料：提高敏感性和抗蚀性 • 优化工艺参数和设备：降低工艺成本和环境影响
光刻工艺在微纳制造中的挑战
• 光源波长的限制：难以满足高精度和细线条的工艺要求 • 光刻胶的性能限制：难以满足高性能器件的工艺要求 • 工艺成本和环境影响：难以满足大规模生产的需求
光刻工艺在微纳制造中的创新应用与前景
光刻工艺在微纳制造中的创新应用
• 新型光刻技术和工艺：如极紫外光刻、电子束光刻等 • 新型材料和结构：如二维材料、纳米结构等 • 新型器件和应用：如量子计算、生物检测等
光刻工艺的关键设备
• 光刻机：用于实现曝光和刻蚀过程 • 涂胶机：用于在基底上涂覆光刻胶 • 显影机：用于显影和定影过程，形成光刻胶图形 • 刻蚀机：用于将光刻胶图形转移到基底上
半导体工艺知识点总结
半导体工艺知识点总结半导体工艺这事儿啊，就像一场超级精细的魔术表演。
咱先说说半导体材料这一块吧。
硅，那可是半导体世界里的大明星，就像一场演唱会里的主唱一样重要。
它的特性特别适合用来做半导体器件。
不过你可别以为硅就是唯一的主角啦，还有像锗啊之类的材料也在这个大舞台上有自己的戏份呢。
这半导体材料啊，就像是盖房子的砖头，没有好砖头，房子肯定盖不结实，同理，没有合适的半导体材料，后面那些神奇的半导体器件就无从谈起啦。
光刻技术呢，这可是半导体工艺里的一把神奇画笔。
光刻就像是在微观世界里搞艺术创作。
光刻机能把设计好的电路图案精确地印到硅片上，这个精度啊，那是超级高的。
你要是把硅片想象成一块超级小的画布，光刻技术就是那个能在上面画出超级精细图案的神来之笔。
这就好比刺绣，普通的刺绣可能针法粗糙一点没关系，可这半导体光刻啊，就像是苏绣里最精细的那种，一针一线都不能差，稍微有点偏差，整个电路可能就废了。
蚀刻工艺也很关键呢。
蚀刻就像是一个超级精准的雕刻师，把不需要的部分一点一点地去除掉，只留下我们想要的电路结构。
这就像做木雕一样，木雕师傅拿着刻刀，一点点地把多余的木头削掉，最后呈现出精美的木雕作品。
半导体蚀刻也是这个道理，只不过它是在微观层面上进行的，那难度可比木雕大多了。
再说说掺杂工艺吧。
掺杂就像是给半导体材料注入灵魂。
往纯净的半导体材料里加入一些杂质原子，就好像给一杯白开水加点糖或者盐一样，一下子就改变了它的性质。
这一改变可不得了，能让半导体具备我们想要的电学特性，像是导电性之类的。
这就好比一个人原本很内向，突然给他注入了一些开朗的元素，整个人的性格就变得不一样了，在半导体这里，就是电学性能发生了变化。
封装工艺呢，这就是给做好的半导体芯片穿上保护的外衣。
芯片就像一个娇弱的小宝宝，需要好好保护起来。
封装就像是给小宝宝做一个坚固又舒适的小房子。
这个小房子不仅要保护芯片不受外界环境的影响，像温度、湿度之类的，还要能方便芯片和外界进行连接，就像房子要有门和窗户一样，芯片封装也要有引脚之类的东西来实现电气连接。
半导体光刻的基础知识
术使用了数百年。
它最初是为印刷机开发的，现在已经成功了作为一种被称为光刻的微细制造技术而被应用。
光刻光刻(或UV)是一种利用光敏聚合物(光刻胶)进行光刻的技术。
还有一个模板(称为掩模)。
通过一系列的化学处理，这种图案被任意一种蚀刻法刻上远离暴露的区域或沉积新材料以制造所需的器件。
用于制造设备复杂，光刻周期数增加。
任何光刻工艺的第一步都是制备衬底——在大多数情况下，衬底是硅晶圆，但理论上可以是任何材料。
进行衬底制备以改善光刻胶的附着力衬底。
典型步骤包括基材清洗——清除任何污垢/污染物;脱水烘焙除去任何水分，然后加入附着力促进剂。
通过这些步骤可以减少污染-有机和无机-这将确保我们通过光刻的最佳结果的过程。
一旦衬底制备好，光刻胶就可以涂在表面上。
要得到瘦身的最佳效果要求涂层均匀。
这种薄膜的厚度是极其重要的，因此，抗蚀剂的方式是分配必须精确控制。
已经发展了许多方法来分配和涂敷基材光刻胶最常见的使用方法是旋涂。
对这些涂布方法也进行了总结在Inseto知识库中找到。
在旋转涂层中，光刻胶沉积在基板上，然后在转盘上旋转基板和光刻胶在1000秒的转速下，将粘稠的光刻胶摊开成薄层。
然后将这种薄的抗蚀剂放在电炉上软烤除去多余的溶剂，使抗蚀膜稳定。
光刻工艺的下一步是将覆盖电阻的基板对准掩模并曝光用紫外线(UV)光。
光刻的关键原理是一次改变光刻胶的溶解度暴露在紫外线下。
这种溶解度的变化是如何决定光刻胶的类型的应使用的制造工艺的细节。
•在正面抗蚀剂中，暴露在UV光下的薄膜部分变得更容易溶解与开发人员一起删除。
•在一个消极的抵抗发生相反的情况，当抵抗暴露在光的抵抗变得更难开发者不能删除它。
抗蚀剂有许多不同的组成和版本，允许不同的高度，温度，曝光要制造的设置和结构。
一个典型的光刻工艺如下图所示:在将基板对准掩码时，我们使用掩码对准器或步进器来控制掩码上的图案的位置投影到下面的基板上。
掩模对准器是一个更快的过程，采用与晶圆相同大小的图案和把它投射到晶圆上。
半导体器件与工艺光刻
高分辨率光刻技术
极紫外光刻技术
使用波长极短的极紫外光源，实现更高的分辨率和更小的特征尺 寸。
电子束光刻技术
利用电子束直写技术，实现高精度、高分辨率的光刻。
离子束光刻技术
利用离子束直写技术，实现高精度、高分辨率的光刻。
纳米压印光刻技术
1 2
热压印光刻技术
利用热塑性材料和热压印轮，将图案转移至衬底 上。
光刻
利用光刻技术将版图上 的图形转移到硅片上。
刻蚀与离子注入
通过刻蚀和离子注入技 术，形成电路元件和互
连线。
集成电路可靠性分析
可靠性测试
对集成电路进行各种环境下的可 靠性测试，如温度、湿度、机械 应力等。
失效分析
对失效的集成电路进行分析，找 出失效原因，提高集成电路的可 靠性。
05
光刻技术发展趋势
掺杂工艺
掺杂工艺是通过向半导体材料中引入杂质元素，改变其导 电性能的过程。
掺杂工艺是实现半导体器件PN结和晶体管功能的关键步 骤，对器件性能和可靠性具有重要影响。
03
光刻技术
光刻机原理
光学系统
光刻机采用精密光学系统，将掩 模版上的图案投影到硅片表面。
光源
光刻机使用特定波长的光源，如紫 外光、深紫外光等，以实现高分辨 率成像。
04
集成电路制造
集成电路设计
电路设计
根据需求，利用EDA工具进行集成电路设计，包 括逻辑电路、模拟电路等。
版图绘制
将设计好的电路转换为版图，便于后续制造。
性能评估
对设计好的集成电路进行性能评估，确保满足设 计要求。
集成电路制造工艺
薄膜制备
通过物理或化学方法制 备薄膜，如氧化硅、氮
半导体光刻工艺技术基础
Litho Equipment Litho Chemistry
Pitch = L + S
LS
PR
SiON
FSG
SiN
光刻关键参数
CD 〔Critical Dimension〕: Line Width,Space Width or Hole Diameter of specified designed pattern to monitor photo process condition and resolution capability.
IMD Film
Si Base
PR Developing 52s Puddle ,45s Rinse
IMD Film
Si Base
ADI inspection
Ion Plasma
+++++++
e-
e-
e-
e-
IMD
e-
Si Base
Etching
IMD Film
Si Base
Hard Bake 110 ºC 60 S
Overlay
光刻关键参数
光刻关键参数
Two Criterions: CD v.s. Overlay
1. 光刻胶的组分 2. 光刻胶的种类 3. 光刻胶特性概要
四、光刻胶
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的种类
光刻胶的种类
光刻胶的种类
光刻胶的种类
半导体制造工艺中的光刻技术[课件]
![半导体制造工艺中的光刻技术[课件]](https://img.taocdn.com/s3/m/ef8124c90066f5335b812145.png)
接触式
光源
光学系统
接近式
投影式
掩膜版 光刻胶
硅片
三种光刻方式
光学各曝光方式及其利弊
接 触
优点：设备简单，分辨率较高
式
缺点：掩模版与晶片易损伤，成品率低
优点：掩模版寿命长，成本低
接近式
缺点：衍射效应严重，影响分辨率 非
接
触 式
全反射
优点：无像差，无驻波效应影响 缺点：数值孔径小，分辨率低
投影式
折射
– Step 3A 曝光后烘焙 : • g line, i line，减小驻波效应。 • DUV, 是光敏产酸物与聚合物链反应完成曝光过程的关键 工艺。
– Step 3B 湿化学显影: 溶解曝光区的光刻胶 – Step 3C DI 水漂洗: 结束显影 – Step 3D 显影检查: 对准校验和各种缺陷.
– 蚀刻: 用湿化学或者等离子来除去底层的没有覆盖光刻胶的薄 膜
– 离子注入 (not shown): 在没有覆盖光刻胶的区域注入掺杂杂质
photoresist
oxide
sisliicliocnonsusbusbtsrtartaete
oxide
基本工艺
• Step 5: 去除光刻胶:
– Step 5A: 去胶
• 返工: 如果确定有缺陷和其他问题 ，晶片并不需要废弃， 可以去除光刻胶,再重做。这个工艺对晶片几乎没有损害.
– Step 3E 后烘（坚膜）: • 目的：去除显影后胶层内残留的溶剂，使胶膜坚固，同时 提高粘附力和抗蚀。 • 烘烤条件100～140℃，10～30min。
基本工艺
• Step 4: 形成永久图案 (Etch or Implant)
• 目前使用的干法去胶和紫外光分解去胶 • 干法去胶与湿法去胶相比有以下优点:操作简单安全;过程中引入污染
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接近式光刻机
接近式光刻机上的边缘衍射和表面反射
接触和接近式光刻机
扫描投影式光刻机
70年代末80年代初，现在仍有使用，用来实 现1μm的非关键层
使用1：1掩膜版 特点：亚微米尺寸的掩膜版制作困难
扫描投影式光刻机
树脂（可溶于显影液） 曝光后感光剂产生自由基 自由基使树脂交联而不溶于显影液
显影后图形与掩膜版相反
正性光刻胶
树脂（本身是可溶于显影液，感光剂是一 种强力溶解抑制剂） 曝光后感光剂产生酸 酸提高树脂在显影液中的溶解度
显影后图形与掩膜版相同
对比：正、负光刻胶
负胶：显影泡胀而变形，使分辨率下降 曝光速度快，与硅片粘附性好 价格便宜 2μm分辨率
最常用的两种紫外光源：汞灯 准分子激光 汞灯：发出240nm—500nm之间的辐射 准分子激光：248nm氟化氪激光器（常用） 193nm氟化氩激光器（下一代技术） 157nm波长的激光器（潜在的0.15μmCD 的光源）
先进和特殊用途的光源：X射线 电子束 离子束
3.光学光刻特性
光谱 数值孔径 分辨率 焦深
对比度：光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡 度
敏感度：产生一个良好图形所需的最低能量 粘滞度：液体光刻胶的流动特性的定量指标 粘附性：光刻胶粘着衬底的强度 抗蚀性：在后面的加工工艺中保持化学稳定性
三、掩膜版
掩膜版：包含整个硅片上所有管芯 投影掩膜版：包含一个管芯或几个管芯
两个基本部分：基板（石英版）+不透光材 料
基板要求：低温度膨胀、高光学透射、耐 腐蚀、材料表面和内部没有缺陷
超微粒干版：AgBr（卤化银） 铬版：Cr（铬）+氧化铬 氧化铁版：Fe2O3（氧化铁）
投影掩模板 采用电子束光刻直写式 投影掩模板的损伤： 掉铬、表面擦伤、静电放电、灰尘颗粒 投影掩模板的保护膜：
§5-2光刻工艺
正性和负性光刻工艺 ： 负性光刻
步进扫描式光刻机
近年主流设备，用于形成0.25μm及以下尺寸 使用投影掩膜版（1：1，4：1，5：1，10：1） 特点：
高分辨率 精度易受环境影响（如振动） 光路复杂，设备昂贵
步进扫描光刻机
步进投影式光刻机
非光学曝光
电子束曝光 X射线曝光 离子束曝光
电子束曝光机
2.曝光光源：
2.脱水烘焙 使硅片表面呈干燥疏水性
3.底膜处理 HMDS作用：影响硅片表面形成疏水表面 增强硅片与胶的结合力 成底膜技术：旋转法和气相法
硅片清洗
脱水烘焙与气相成底膜
二、旋转涂胶
质量参数：厚度、均匀性、颗粒沾污、光 刻胶缺陷（如针孔）等
厚度和均匀性 光刻胶厚度通常在1μm数量级 单片厚度变化≤20—50A 大批量的片间厚度＜30A
正胶：无膨胀，良好的线宽分辨率 和基片之间的粘附性差 当前主要使用正胶
3.光刻胶发展
传统I线光刻胶（I线紫外波长365nm，0.35μmCD） 深紫外（DUV）光刻胶（248nm，0.25μmCD） 深紫外光刻胶的化学放大（193nm，0.18μmCD）
4.光刻胶的特性
分辨率：将硅片上两个邻近的特征图形区 分开的能力
第五章半导体器件工艺学之光刻
二、光刻胶（PR）
1.光刻胶的特性及作用 是一种光敏材料
通过曝光使光刻胶在显影液中的溶解度发生改变 可溶→不可溶（负胶） 不可溶→可溶（正胶） 光刻胶的作用：保护下层材料 光刻胶：负性光刻胶 正性光刻胶
2.光刻胶的组成
树脂 感光剂 溶剂
另外还有添加剂
负性光刻胶
1.曝光方式和设备：
光学
接触式/接近式光刻机 扫描投影光刻机
步进扫描光刻机
电子束光刻机 非光学 X射线光刻机
离子束光刻机
接触式光刻机
20世纪70年代使用，用于5μm及以上尺寸 特点：
掩膜版容易损坏 易受颗粒沾污 高分辨率，可以实现亚微米（0.4μm）线宽
接触式光刻机
接近式光刻机
由接触式发展来，70年代使用，用于2μm— 4μm尺寸线宽
分曝光和未曝光的光刻胶 光刻胶散发的气体可能污染光学系统的透镜
烘箱与热板
四、对准和曝光
对准和曝光工艺代表了现代光刻中的主要 设备系统
硅片被定位在光学系统的聚焦范围内，硅 片的对准标记与掩膜版上匹配的标记对准 后，紫外光通过光学系统透过掩膜版进行 图形投影，这样就对光刻胶进行曝光。
曝光方式和设备 曝光光源 光学光刻特性 曝光质量
正性光刻
光刻的基本步骤
气相成底膜 旋转涂胶 前烘 对准和曝光 曝光后烘焙 显影 坚膜烘焙 显影检查
基本步骤
一、气相成底膜
目的：增强硅片与光刻胶的黏附性 底膜处理的步骤
1.硅片清洗 不良的表面沾污会造成： 光刻胶与硅片的黏附性差，可能会浮胶、钻蚀 颗粒沾污会造成不平坦的涂布，光刻胶针孔
曝光系统就是找到并维持整个硅片和不同硅片 的最佳聚焦
DOF=λ/2（NA）2
焦深（DOF）
分辨率和焦深的对应关系
①光谱
DUV（248nm—193nm）VUV（157nm）EUV（13nm） 光刻区域：黄灯
②透镜的数值孔径
数值孔径（NA把这些衍射光会聚到一点成像
NA=透镜的半径/透镜的焦长 可以通过增加镜头半径来增加NA并俘虏更多
衍射光的方式。这也意味着光学系统更加复 杂更加昂贵。
旋转涂胶4个基本步骤
匀胶机
三、前烘（软烘）
目的： 光刻胶中的溶剂部分挥发 增强光刻胶的粘附性，光吸收及抗腐蚀能力 缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力 如果没有前烘，可能带来的问题有： 光刻胶发黏，易受颗粒污染 光刻胶来自旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题 溶剂含量过高导致显影时由于溶解差异，而很难区
③分辨率
分辨率R=Kλ/NA 该公式表示影响光刻胶上形成几何图形的能力
的参数有:波长λ 、数值孔径NA 、工艺因子K
④焦深
焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续 地保持清晰，这个范围称为焦深或DOF。
焦深是焦点上面和下面的范围，焦点可能不是 正好在光刻胶层中心，但是焦深应该穿越光刻 胶层上下表面