半导体光刻工艺技术基础PPT

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半导体基础知识PPT培训课件

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目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高的电子迁移率等特点，使得化合物半导体在光电子器件和高速电子器件等领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器件性能至关重要，直接影响最终产品的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体在集成电路、微电子等领域应用广泛。随着技术的不断发展，硅基半导体的性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在一块硅片上，形成复杂的电路。

半导体工艺光刻+蚀刻 ppt课件

芯片制造技术中的光刻刻蚀工艺
ppt课件
1
▪ 芯片制造工艺 ▪ 光刻工艺
▪ 刻蚀工艺
ppt课件
2
精品资料
ppt课件
4
光刻+蚀刻
最重要
决定着芯片的最小尺寸制造时间的40-50% 制造成本的30%
ppt课件
5
玻璃模版光刻胶膜
硅片
光刻光化学反应
蚀刻
腐蚀
ppt课件
6
ppt课件
7
光刻原理
模版上的铬岛
紫外光
光刻胶的曝光区
光p刻ho胶tor层esist 氧化ox层ide
sil硅ico衬n 底substrate
使光衰弱的被曝光区
光刻胶上的阴影
岛
光刻胶层
窗口
氧化层硅衬底
光刻胶显影后的最终图形
ppt课件
8
▪ 使用光敏材料（光刻胶）和可控制的曝光在光刻胶膜层形成三维图形
▪ 在后续工艺(蚀刻)中,保护下面的材料
ppt课件
9
HMDS
清洗+喷涂粘附剂
光刻工艺步骤
紫外光
光刻胶
模版
旋转涂胶
软烘
对准和曝光
曝光后烘焙
显影
坚膜烘焙
显影检查
ppt课件
10
涂胶
模板曝光
显影
ppt课件
11
Normal under
Incomplete
over
ppt课件
12
光刻工艺 —— 显影后
ppt课件
13
蚀刻工艺
▪ 光刻胶上的IC设计图形
晶圆表面
▪ 腐蚀作用，从Si片表面去除不需要的材料，如Si、SiO2，金属、光刻胶等

半导体工艺基础知识96页PPT

Байду номын сангаас
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
半导体工艺基础知识
11、获得的成功越大，就越令人高兴。野心是使人勤奋的原因，节制使人枯萎。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树，先有根茎，再有枝叶，尔后花实，好好劳动，不要想太多，那样只会使人胆孝懒惰，因为不实践，甚至不接触社会，难道你是野人。(名言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但常看常新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福。我爱自己，我用清洁与节制来珍惜我的身体，我用智慧和知识充实我的头脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。农夫不会播下一粒玉米，如果他不曾希望它长成种籽；单身汉不会娶妻，如果他不曾希望有小孩；商人或手艺人不会工作，如果他不曾希望因此而有收益。-- 马钉路德。

半导体制造工艺-04光刻(上)概要

正胶
烃基高分子材料正胶区分率高于负胶
IC主导
抗蚀性：刻蚀和离子注入
半导体制备工艺基础
第四章光刻 (上)
31
正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的局部发生光分解反响，可溶于显影液，未感光的局部显影后仍旧留在晶圆的外表
负性光刻胶的未感光局部溶于显影液中，而感光局部显影后仍旧留在基片外表。
正胶：曝光前不行溶，曝光后可溶
×1掩膜版制作
接触式、接近式光刻
数字图形
×4或×5投影光刻版
投影式光刻
半导体制备工艺基础
第四章光刻 (上)
13
电子束直写
✓×4或×5投影光刻版在制版时简洁检查缺陷
✓版上缺陷可以修补
✓蒙膜(pellicle)爱护防止颗粒玷污
高透亮度〔散射小〕热膨胀小
光刻胶
10～15nmARC〔antireflection coating〕 80nmCr 熔融石英玻璃片
通常我们所说的0.13 m,0.09 m工艺就是指的光刻技术所能到达最小线条的工艺。
半导体制备工艺基础
第四章光刻 (上)
4
光刻的要求
• 对光刻的根本要求： • 〔1〕高区分率 • 〔2〕高灵敏度 • 〔3〕周密的套刻对准 • 〔4〕大尺寸硅片上的加工 • 〔5〕低缺陷
半导体制备工艺基础
第四章光刻 (上)
mJ/cm2=mW/cm2×sec
半导体制备工艺基础
第四章光刻 (上)
38
(1)曝光、显影后残存抗蚀剂的百分率与曝光能量有关。值得留意的是，即使未被曝光，少量抗蚀剂也会溶解。
(2)当曝光能量增加，抗蚀剂的溶解度也会增加，直到阈值能量ET时，抗蚀剂完全溶解。

第六讲：光刻工艺(半导体制造技术)

❖ 工艺宽容度
整个光刻过程步骤之多，而且每一步骤都会影响最终的图形尺寸，另外每一工艺步骤都有它的内部变异。不同的光刻胶对工艺变异的容忍性都不一样。那么，容忍性越高，在晶圆表面达到所需要尺寸的可能性就越大，或者说工艺的宽容度就越大。
❖ 针孔
所谓针孔是指光刻胶层中尺寸非常小的空穴。可以是涂胶工艺中由环境中的微粒污染物造成的，也可以由光刻胶层结构上的空穴造成。针孔是有害的，因为它可以允许刻蚀剂渗过光刻胶层进而在晶圆表面层刻蚀除小孔。
光源则来自电磁接近式光谱的其他成分。
投影式
X 射线电子束
步进式
曝光光源
普通光源光的波长范围大，图形边缘衍射现象严重，满足不了特征尺寸的要求。所以作为晶圆生产用的曝光光源必须是某一单一波长的光源；另外光源还必须通过反射镜和透镜，使光源发出的光转化成一束平行光，这样才能保证特征尺寸的要求。
时间和温度是软烘焙的参数，不完全的烘焙在曝光过程中造成图像形成不完整和在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移；过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应，并且不与曝光
射线反应。
负胶必须在氮气中进行烘焙，而正胶可以在空气中烘焙。
下表总结了不同的烘焙方式
方法
烘焙时间（分钟）温度控制生产率
速度
光刻胶
正性
负性 PMMA PMIPK PBS TFECA COP (PCA)
聚合物
酚醛树脂（间甲酚甲醛）聚异戊二烯聚甲基丙烯酸酯
聚甲基异丙烯基酮
聚丁烯 1 砜
聚三氟乙烷基氯丙烯酸酯共聚物（ a 氰乙基丙烯酸， a 氨基乙烷基丙烯酸酯）
极性
感光性
曝光光源
(Coul/cm )
+

半导体制造工艺之光刻原理课件

Resist chemistry
436,365 nm: Photo-Active-Component (PAC)
R
k1
NA
248,193 nm: Photo-Acid-Generator (PAG)
Mask design and resist
process
[nm]
436 365 248 193
k1 0.8 0.6 0.3-0.4 0.3-0.4
第四章光刻原理 (下)
28
光栅扫描（左）和矢量扫描
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
29
电子束光刻问题：1）速度慢！
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
30
电子束光刻问题：2）电子散射及二次电子：线条宽>束斑
✓真空下工作 ✓焦深大 ✓直写，无掩膜版
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
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。
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
12
R
k1
NA
提高分辨率的方法
1、Using light source with shorter
光源
波长(nm) 术语
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
9
图形转移——刻蚀
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
10
图形转移——剥离（lift-off）
去胶
半导体制备工艺基础
第四章光刻原理 (下)
11
溶剂去胶（strip）：Piranha (H2SO4:H2O2)。正胶：丙酮

半导体制造技术-光刻

26
3. 软烘（soft baking）
• 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。 • 目的:去除光刻胶中的溶剂。
蒸发溶剂的原因：
1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。
9
光刻（lithography）技术的特点
1、光刻是一种表面加工技术； 2、光刻是复印图象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。
10
对光刻的基本要求
• 高的图形分辨率（resolution)
分辨率：将硅片上两个邻近特征图形区分开的能力—特征尺寸、关键尺寸（曝光的波长减小到CD同样大小）
• 高灵敏度(sensitivity)； • 低缺陷(defect)； • 精密的套刻对准（alignment and overlay)
套准精度：硅片上的图案与掩膜版上的图案精确对准
• 高工艺宽容度
工艺宽容度：光刻始终如一处理特定要求产品的能力
12
光刻胶
负胶：
晶片上图形与掩膜相反曝光部分发生交联反应，不可溶解，变硬没有曝光的部分去除
更高
更好更快
有机溶剂酸氯化溶剂化合物
更少更好更高水溶性溶剂酸普通酸溶剂
光刻工艺8步骤
21
22
23
1、气相成底膜
目的：增强光刻胶与硅片的粘附性
步骤：
清洗，
脱水，
硅片表面成底膜处理。
24
2.旋转涂胶（Spin-on PR Coating）
• 1.分滴：当硅片静止或者旋转的非常慢时，光刻胶被分滴在硅片上 • 2.旋转铺开：快速加速硅片使光刻胶伸展到整个硅片表面 • 3.旋转甩掉：甩掉多于的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层。 • 4.溶剂挥发：以固定转速继续旋转涂胶的硅片，直到溶剂挥发，光刻胶胶膜几乎干燥

1半导体的基础知识-PPT课件

模
拟
电
子
技
术
第1讲
1.1 半导体的基础知识
教学目标
知识目标： 1.了解半导体的分类； 2.掌握P、N型半导体的性质； 3.重点掌握PN结的性质。能力目标：会检测PN结的性质。
教学重点
PN结的性质 PN结的形成原理
教学难点
模
拟
电
子
技
术
半导体的基础知识
一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结
模
拟
模
拟
电
子
技
术
PN结加正向电压
时，呈现低电阻，具
有较大的正向扩散电
流；PN结加反向电压
时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电
图 1.8 PN结加反向电压时的导电情况
（动画1-5）
流。由此可以得出结论：PN结具有单向导
电性。
模
拟
电
子
技
术
#3.PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。一是势垒电容CB ，二是扩散电容CD 。
模
拟
电
子
技
术
本节小结
学完本节内容后需要掌握以下内容： 1.半导体的分类及特性； 2.两种杂质半导体的形成及性质 3.PN结的形成原理 4.PN结的特性-------单向导电性 5.PN结的击穿特性两种击穿：齐纳击穿（击穿电压小于6伏）雪崩击穿（击穿电压大于6伏）
因浓度差在交界处电子和空穴相符合形多子的扩散运动成由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
模
拟
电
子
技
术

半导体基础知识PPT幻灯片课件

流为Izmax 。
i

I zmax

U ZW RL
25mA
1.2ui iR U zW 25R 10
——方程1
(1-37)
令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin 。
i
iL
R
ui
DZ
iZRL uo
i

I
zm in

U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10
在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。
(1-43)
1.4.2 电流放大原理
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进少部入分P区与R的B基电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极
电流EICE。
(1-44)
集电结反偏，有少子形成的

半导体工艺图形曝光与光刻PPT课件

ln
ET E1
1
γ值越大，即表示曝光能量增加时，抗蚀剂溶解度增加越快，可得陡峭的图形。
第16页/共78页
正性和负性抗蚀剂
第17页/共78页
三层抗蚀剂的工艺步骤
第18页/共78页
图案转移
第19页/共78页
相关的图案转移工艺还有剥离与浮脱技术。
1、旋涂抗蚀剂 2、曝光 3、显影 4、淀积金属膜 5、浸泡腐蚀液中
4x 不需要穿透单层是
EUV
X射线
极远紫外线有折射式是 20-30
同步辐射有直接光照是 30
4x 需要反射表面成像不是
1x 需要穿透单层是
离子束
离子束没有全区折射式步进机 30
4x 不需要印刷式单层不是
第39页/共78页
各种曝光系统的分辨率与硅片产率的关系
光学曝光方法：遮蔽式曝光和投影式曝光。遮蔽式曝光：可分为掩模版与晶片直接接触的接触式曝光和二者紧密相邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌入掩模版中，将造成掩模版永久性损坏，在后续曝光的晶片上形成缺陷。
投影式曝光：在掩模版与晶片间有一距离，10-50um。但这一间隙会在掩模版图案边缘造成光学衍射。导致分辨率退化。
第23页/共78页
电子束图形曝光
电子束图形曝光主要用于掩模版的制作，只有相当少数装置用于将电子束直接对抗蚀剂曝光而不需掩模版。优点：可以参数亚微米的几何抗蚀剂图案、高自动化及高精度控制的操作、比光学图形曝光有较大的聚焦深度与不同掩模版可直接在半导体晶片上描绘图案。缺点：电子束光刻机产率低，在分辨率小于0.25um时，约为每小时10片晶片。这对生产掩模版、需求量小的定制电路或验证性电路是足够了。而对不用掩模版的直写形成图案方式，设备必须尽可能提供产率，故要采用与器件最小尺寸相容的最大束径。聚焦电子束扫描主要分成两种形式：顺序扫描、向量扫描。

半导体技术课件第九章基本光刻工艺

第九章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－10－
硬烘焙方法在方法和设备上与前面介绍的软烘焙相似。烘焙工艺时间和温度仍然是主要的工艺参数，一般是制造商推荐，工艺工程师精确调整。对一般使用的对流炉，温度：130～200℃，时间：30分钟。对其他方法温度和时间各不相同。热烘焙增加粘度的机理是光刻胶的脱水和聚合，从而增加光刻胶的耐蚀性。烘焙温度太低，脱水和聚合不彻底，温度太高光刻胶容易变软甚至流动（如图9.9所示），所以温度的控制极为严格。硬烘焙是在显影后立即进行，或者在刻蚀前进行，工艺流程如图9.10 所示。所示。
显微镜 /SEM/AFM
第九章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－1 5－
自动检验随着晶圆尺寸增大和元件尺寸的减小，制造工艺变得更加繁多和精细，人工检验的效力也到了极限。可探测表面和图形失真的自动检验系统成了在线和非在线检验的选择。详细内容在第14 章中介绍。 9.4 刻蚀在完成显影检验后，掩膜版的图形就被固定在光刻胶膜上并准备刻蚀。经过刻蚀图形就永久留在晶圆的表层。刻蚀工艺分为两大类：湿法和干法湿法和湿法干法刻蚀。无论那一种方法，其目的都是将光刻掩膜版上的图形精确地转移到晶圆表面。同时要求一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度都符合要求。
第九章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－11－
图9.9 光刻胶在高温下的流动
硬烘焙工艺流程
显影检验硬烘焙刻蚀
显影 / 烘焙检验刻蚀
显影 / 烘焙检验重新烘焙刻蚀
第九章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验
－12－
显影检验任何一次工艺过后都要进行检验，经去水合物检验合格的晶圆流入下一道工艺，对显影点胶检验不合格的晶圆可烘焙以返工重新曝光、显影。工艺流程如图所定位和曝光示。显影和烘焙显影检验的内容图形尺寸上的偏显影检验差，定位不准的图形，表面问题（光刻胶的合格晶圆污染、空洞或划

半导体制造工艺中的光刻技术[课件]

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

半导体光刻工艺技术基础

1.化学气相沉积(CVD) 2.金屬溅镀(PVD) 3.扩散(Diffusion)
FILM Wafer
Wafer
25~45次litho 65nm,>45层
黃光
植入
刻蚀
黃光(PHOTO)
1.光罩(MASK) 2.光阻(Coater) 3.曝光(Exposure) 4.显影(Development)
刻蚀(ETCH)
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六、光源
1. 光源要求 2. 光谱及光刻机光源 3. 下一代光源
光源要求
光谱及光刻机光源
光谱及光刻机光源
光谱及光刻机光源
光谱及光刻机光源
下一代光源
七、技术改进和新技术
1. 概述 2. OPC 3. 浸没式光刻 4. NGL
• 1958年9月，TI公司的Jack S.Kilby第一次将所有元器件（12个元件）都集合到一个的半导体材料上,产生第一块集成电路。2000年度荣获诺贝尔物理学奖。
• 现在，超大规模集成电路，一个芯片可以容纳百万个元件。
IC芯片剖面图（多层）
Global Intermediate
AL Pad
overlay光刻关键参数四光刻胶光刻胶特性概要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光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶特性概要五光刻机相关光学专题概述接触式光刻机接近式光刻机步进式光刻机相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题六光源下一代光源光源要求光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源下一代光源七技术改进和新技术ngl概述opcopcopcopc浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻下一代光刻技术ngl下一代光刻技术ngl下一代光刻技术ngl下一代光刻技术ngl下一代光刻技术ngl下一代光刻技术nglthanks