5、半导体工艺原理-光刻
光刻技术
光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系 统
自动对准系 统
调平调焦测 量系统 框架减振系 统
硅片传输系 统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
图为CPU内部SEM图像
图为硅芯片集成电路放大图像
图为在硅片上进行的光刻图样
图为Intel 45nm高K金属栅晶体 管结构
SU-8交联示意图
正胶与负胶性能对比
正胶 缺点 （DQN） 特征 优点 优点 分辨率高、对比度好 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本 近紫外，365、405、435nm的波长曝 光可采用 良好的粘附能力、抗蚀能力、感光能 力以及较好的热稳定性。可得到垂直 侧壁外形和高深宽比的厚膜图形 显影时发生溶胀现象，分辨率差 对电子束、近紫外线及350-400nm紫 外线敏感
投影式印刷：在投影式印刷中，
用镜头和反光镜使得像聚焦到硅平 面上，其硅片和掩模版分得很开。
三种方法的比较
接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损
坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存 在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效
应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。
坚膜也是一个热处
理步骤。 除去显影时胶膜 吸收的显影液和水分， 改善粘附性，增强胶 膜抗腐蚀能力。 时间和温度要适 当。 时间短，抗蚀性 差，容易掉胶；时间 过长，容易开裂。
刻蚀就是将涂胶前所
沉积的薄膜中没有被 光刻胶覆盖和保护的 那部分去除掉，达到 将光刻胶上的图形转 移到其下层材料上的 目的。
等离子体去胶，氧气在强电场作用下电离产生的活性氧， 使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被 带走。
半导体装片的工艺原理
半导体装片的工艺原理半导体装片工艺是将制造好的半导体晶圆转换为实际可用的器件的过程。
它包括几个主要步骤：切割、抛光、清洗、浸镀、薄膜沉积、光刻、腐蚀、刻蚀、离子注入、金属化以及封装。
下面将详细介绍每个步骤的原理。
1. 切割：切割是将大尺寸的半导体晶圆切割为小尺寸的晶片。
这个过程主要利用研磨切割工具，通过适当的加压和加速度，将晶圆沿晶格方向切割成所需尺寸的晶片。
切割是非常脆弱和精确的过程，需要进行适当的冷却和补偿，以确保晶片的质量和尺寸精度。
2. 抛光：抛光是为了在切割后的晶片表面去除切割引起的损伤和不规则形状。
这个过程使用研磨液和研磨布进行，通过机械摩擦和研磨液中的化学反应，将晶片表面研磨平整、去除划痕和划线，并提供均匀的表面。
3. 清洗：清洗是为了去除晶片表面的有机和无机污染物以及抛光过程中产生的残渣。
清洗使用强溶剂或酸浴进行，通过化学反应和物理力学作用，将污染物彻底清除，为接下来的工艺步骤提供洁净的晶片表面。
4. 浸镀：浸镀是为了在晶片表面形成金属或陶瓷层，以提高电导率或实现特定的功能。
浸镀使用电化学反应进行，将晶片浸入特定的电解液中，通过电流作用，使金属或陶瓷离子从电解液中析出并沉积在晶片表面，形成所需的材料层。
5. 薄膜沉积：薄膜沉积是为了在晶片表面形成一层具有特定性质的材料薄膜，如氧化物或金属。
薄膜沉积使用物理或化学气相沉积进行。
在物理气相沉积中，通过高能粒子轰击，使薄膜材料从固体源中挥发并沉积在晶片表面。
在化学气相沉积中，通过化学反应使薄膜材料从气体中析出并沉积在晶片表面。
6. 光刻：光刻是为了在晶片表面形成所需的图案和结构。
光刻使用光敏剂和掩模进行，在光敏剂暴露于紫外线下后，使用化学溶液去除或固化未暴露区域，形成所需的图案。
7. 腐蚀：腐蚀是为了去除晶片表面的不需要的材料，使所需的图案和结构得以显露。
腐蚀使用化学反应进行，通过将晶片浸入腐蚀液中，使腐蚀液与材料发生反应，去除不需要的材料。
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺是半导体制造中最为重要的工序之一。
主要作用是将图形信息从掩模版（也称掩膜版）上保真传输、转印到半导体材料衬底上。
以下是光刻工艺的主要步骤：
硅片清洗烘干：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250℃,1～2分钟，氮气保护）。
涂底：气相成底膜的热板涂底。
旋转涂胶：静态涂胶（Static）。
软烘：真空热板，85～120℃,30～60秒。
对准并曝光：光刻机通常采用步进式 (Stepper)或扫描式 (Scanner)等，通过近紫外光 (Near Ultra-Violet，NUV)、中紫外光 (Mid UV，MUV)、深紫外光(Deep UV，DUV)、真空紫外光 (Vacuum UV，VUV)、极短紫外光 (Extreme UV，EUV)、X-光 (X-Ray)等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。
后烘：PEB，Post Exposure Baking。
显影：Development。
硬烘：Hard Baking。
光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的器件图形，从而实现将集成器件图形从设计转印到衬底的目的。
光刻厂原理
光刻厂原理光刻是一种半导体制造过程中非常关键的技术，其原理是利用光的干涉和衍射现象，在光敏剂上形成所需图案，以进行微细电子器件的制造。
本文将详细介绍光刻厂的原理及其在半导体制造中的应用。
一、光刻厂的原理光刻厂主要利用光刻技术对半导体材料进行精细加工。
其原理可以概括为以下几个步骤：1. 掩膜制备：首先，需要制备一个掩膜，其中包含了所需图案的信息。
掩膜通常由光刻胶制成，通过将掩膜与光刻胶置于一起曝光，可以将图案的信息传递到光刻胶上。
2. 光刻胶涂覆：将光刻胶涂覆在待加工的半导体表面上，形成一层均匀的光刻胶薄膜。
涂覆过程需要控制涂覆速度和厚度，以确保光刻胶的质量。
3. 曝光：将掩膜与光刻胶一起置于光刻机中，利用光的干涉和衍射原理，通过照射光源将图案信息转移到光刻胶上。
曝光过程需要控制光源的波长、强度和曝光时间等参数，以确保图案的精确传递。
4. 显影：经过曝光后，光刻胶中的暴露部分会发生化学反应，形成可溶于显影液的物质。
通过将光刻胶浸泡在显影液中，暴露部分的光刻胶会被溶解，从而形成待加工区域。
5. 蚀刻：在显影完成后，可以使用蚀刻技术将暴露出的待加工区域进行物理或化学刻蚀。
蚀刻可以去除暴露部分的半导体材料，从而形成所需的图案。
6. 清洗：在蚀刻完成后，需要对光刻胶和显影液进行清洗，以确保表面干净无尘，准备进行下一步的工艺步骤。
二、光刻厂在半导体制造中的应用光刻技术在半导体制造中起到了至关重要的作用，广泛应用于集成电路、平板显示、光电子器件等领域。
它主要用于以下几个方面：1. 制造集成电路：光刻技术被广泛应用于制造集成电路的过程中。
通过精确的光刻步骤，可以在半导体材料上形成微小的电路图案，实现电子元件的互连和功能实现。
2. 制造平板显示器：光刻技术也被应用于平板显示器的制造过程中。
通过光刻技术，可以在平板显示器的基板上形成微小的液晶单元，实现图像的显示和控制。
3. 制造光电子器件：光刻技术还被用于制造光电子器件，如激光器、光纤等。
半导体工艺流程简介
半导体工艺流程简介半导体工艺流程的基本涵义是把半导体元件从原理图到最终成品的制程过程，涉及到半导体元件的设计，制造，测试和检查等步骤，其中一些步骤包括：光刻，圆弧氧化，腐蚀，外部硅化，低温热封，抛光，定型热处理，金属集成，定化，接收，分析。
1、光刻：半导体工艺中最重要的一步，就是将设计好的电路图片放大，不管是直接放大，还是芯片上用光刻膜放大，均取决于芯片的印刷上的要求和生产的量大小，通常在芯片的制作与封装过程中都需要利用光刻作为关键步骤。
2、圆弧氧化：圆弧氧化主要通过一种名为椭圆器的特殊装置及适当的介质，以某种特定的圆弧型动态介质穿行的过程以达到厚度梯度的氧化层，用来在芯片芯片上形成可控深度的氧化层，这一步在定型层形成介质及其他接头氧化技术中占有重要地位。
3、腐蚀：通过一种特殊的物质（如氢氧化钠）在芯片上形成可控深度的磷酸盐氧化层，以减小芯片表面起源的因素对电子器件性能有不利影响，从而提高芯片的可靠性和可编程性，这一步在芯片的最终封装过程中起到了非常重要的作用。
4、外部硅化：在半导体工艺中，外部硅化就是在定型层上施加特殊物质，形成高功能硅化层，这一步可以防止微芯片表面发生机械划伤，保证微芯片可靠性，而且外部硅化能够提高微芯片的定位精度，从而提高芯片的可靠性。
5、低温热封：在半导体封装的过程中，需要进行低温热封以实现保护和定向特征，这一步可以有效防止定型层氧化度对半导体性能的负面影响，从而提高半导体的可靠性。
6、抛光：在半导体封装的过程中，抛光步骤是必不可少的，主要是为了保证芯片表面外观的一致性，以及保证芯片表面不沾附其他物质。
7、定型热处理：定型热处理是半导体封装的过程中十分重要的一步，其主要是达到稳定芯片参数，以及改善芯片的可靠性和可编程性的目的，在高浓度的热处理技术中，微芯片的特性往往可以明显提升。
8、金属集成：金属集成是基于电子封装技术的重要一步，它在硅基电子元器件工艺流程中起着关键性作用，主要包括熔接、焊接、过渡性氧化等步骤，以保证半导体元件的稳定性和可靠性。
半导体制造工艺之光刻原理课件
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
半导体八大工艺名称
半导体八大工艺名称1. 硅晶圆制备工艺硅晶圆制备是半导体制造过程的第一步，也是最为关键的一步。
它是指将高纯度的硅材料通过一系列的工艺步骤转化为薄而平整的硅晶圆。
硅晶圆制备工艺主要包括以下几个步骤：(1) 单晶生长单晶生长是将高纯度的硅材料通过熔融和凝固的过程，使其在特定的条件下形成单晶结构。
常用的单晶生长方法包括Czochralski法和区熔法。
(2) 切割切割是将生长好的硅单晶材料切割成薄片的过程。
常用的切割方法是采用金刚石刀片进行切割。
(3) 研磨和抛光研磨和抛光是将切割好的硅片进行表面处理，使其变得平整光滑的过程。
研磨通常使用研磨机进行，而抛光则使用化学机械抛光（CMP）工艺。
(4) 清洗清洗是将研磨和抛光后的硅片进行清洁处理，去除表面的污染物和杂质。
清洗过程通常采用酸洗和溶剂清洗的方法。
2. 光刻工艺光刻工艺是半导体制造中的一项关键工艺，用于将设计好的电路图案转移到硅晶圆上。
光刻工艺主要包括以下几个步骤：(1) 涂覆光刻胶涂覆光刻胶是将光刻胶涂覆在硅晶圆表面的过程。
光刻胶是一种敏感于紫外光的物质，可以通过紫外光的照射来改变其化学性质。
(2) 曝光曝光是将硅晶圆上的光刻胶通过光刻机上的光源进行照射，使其在特定区域发生化学反应。
曝光过程需要使用掩模板来控制光刻胶的曝光区域。
(3) 显影显影是将曝光后的光刻胶进行处理，使其在曝光区域发生溶解或固化的过程。
显影过程通常使用显影液进行。
(4) 清洗清洗是将显影后的硅晶圆进行清洁处理，去除残留的光刻胶和显影液。
3. 离子注入工艺离子注入工艺是将特定的离子注入到硅晶圆中，以改变其电学性质的过程。
离子注入工艺主要包括以下几个步骤：(1) 选择离子种类和能量选择合适的离子种类和能量是离子注入工艺的第一步。
不同的离子种类和能量可以改变硅晶圆的导电性质。
(2) 离子注入离子注入是将选择好的离子通过离子注入机进行注入的过程。
离子注入机通过加速器将离子加速到一定的能量，并将其注入到硅晶圆中。
半导体显影工艺技术
半导体显影工艺技术引言半导体显影工艺技术是半导体制造过程中的关键步骤之一。
它通过将光刻胶暴露在紫外线下，然后使用显影液去除暴露部分的光刻胶，从而形成所需的图案。
该技术在集成电路制造、光伏电池制造等领域具有广泛应用。
本文将介绍半导体显影工艺技术的原理、步骤和相关设备。
原理半导体显影工艺技术基于光刻技术，通过光刻胶的选择性曝光和显影，将所需的图案转移到半导体材料上。
其原理如下：1.光刻胶选择性曝光：将光刻胶涂覆在半导体材料上，然后使用光刻机将光刻胶进行曝光。
光刻机根据所需的图案，在光刻胶上使用掩模板进行曝光。
掩模板上的透明区域允许紫外线透过，而不透明区域则阻止紫外线的透过。
曝光后，掩模板上的图案被转移到光刻胶上。
2.显影：将曝光后的光刻胶浸泡在显影液中。
显影液会溶解曝光过的光刻胶，使得未曝光区域的光刻胶保持不变，而曝光区域的光刻胶被溶解掉。
通过控制显影液的浓度和显影时间，可以实现所需的图案转移。
3.清洗和干燥：显影后，需要对样品进行清洗和干燥，以去除残留的显影液和光刻胶。
清洗通常使用有机溶剂，如丙酮或异丙醇。
清洗后，样品通过热风或氮气吹干，以确保表面干燥。
步骤半导体显影工艺技术通常包括以下步骤：1.底片准备：选择合适的底片材料，并进行表面清洁和处理。
底片表面的平整度和清洁度对显影结果有重要影响。
2.光刻胶涂覆：将光刻胶涂覆在底片上。
涂覆过程需要控制涂覆速度和涂覆厚度，以确保光刻胶的均匀性和厚度的一致性。
3.烘烤：将涂覆好的光刻胶进行烘烤，以去除溶剂和增加光刻胶的粘附力。
烘烤条件需要根据光刻胶的类型和厚度进行调整。
4.曝光：使用光刻机将光刻胶进行曝光。
曝光条件包括曝光时间、曝光能量和曝光模式等参数。
5.显影：将曝光后的光刻胶浸泡在显影液中，使得曝光区域的光刻胶被溶解掉。
显影液的选择和浓度需要根据光刻胶的类型和所需的图案进行确定。
6.清洗和干燥：将样品进行清洗，去除残留的显影液和光刻胶。
清洗后，使用热风或氮气将样品吹干。
光刻原理详细步骤
光刻原理详细步骤
光刻是一种用于制造半导体器件的技术，其基本原理是将图案转移到光敏材料上，然后通过曝光和显影过程将图案转移到硅片上。
以下是光刻的一般步骤：
1. 准备硅片：将硅片切割成适当大小，并进行清洗和处理，以保证表面平整和无杂质。
2. 涂覆光敏材料：将光敏材料涂覆在硅片表面，并使其均匀分布。
3. 曝光：将光敏材料置于光刻机中，通过掩膜板将图案转移到光敏材料上。
掩膜板上的图案会通过光刻机的透镜系统投影到硅片表面。
4. 显影：将经过曝光的硅片置于显影液中，显影液会选择性地溶解未被曝光的光敏材料，从而将图案转移到硅片上。
5. 蚀刻：用蚀刻剂将硅片表面未被转移的部分溶解掉，从而形成所需的图案。
6. 清洗：将硅片进行清洗，以去除残留的光敏材料和蚀刻剂。
7. 重复：重复上述步骤，直到所有所需的图案都被转移到硅片上。
需要注意的是，不同类型的光刻技术（如干法、湿法、光刻胶干法等）具有不同的操作步骤和设备要求，因此在实
际应用中应根据具体情况进行选择和优化。
同时，在操作过程中应严格遵守安全规范，避免产生有害物质和危险情况。
半导体工艺制造技术的原理与
半导体工艺制造技术的原理与应用半导体工艺制造技术的原理与应用半导体工艺制造技术是指将半导体材料加工成各种器件的技术过程。
随着科技的快速发展，半导体工艺制造技术在电子产业中发挥着重要的作用。
本文将介绍半导体工艺制造技术的原理和应用。
一、半导体工艺制造技术的原理半导体工艺制造技术的原理主要涉及到半导体材料的特性和制造工艺的基本原理。
1. 半导体材料的特性半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率。
这是由于半导体材料的能带结构决定的。
在半导体材料中，价带是最高的完全占据能级，而导带是最低的未占据能级。
两者之间的能量间隙称为禁带宽度。
半导体材料的导电性取决于禁带宽度的大小。
2. 制造工艺的基本原理半导体器件的制造过程主要包括沉积、光刻、蚀刻、扩散和离子注入等步骤。
（1）沉积：沉积是将材料沉积在基片上形成薄膜的过程。
常用的沉积方法有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。
（2）光刻：光刻是通过光刻胶和光刻机将图案转移到基片上的过程。
光刻胶会在紫外线曝光后发生化学反应，形成图案。
（3）蚀刻：蚀刻是通过化学反应将不需要的材料从基片上去除的过程。
常用的蚀刻方法有湿蚀刻和干蚀刻等。
（4）扩散：扩散是将杂质掺入半导体材料中，改变材料的电性质的过程。
常用的扩散方法有固相扩散和液相扩散等。
（5）离子注入：离子注入是将离子注入到半导体材料中，形成特定的杂质区域的过程。
离子注入可以改变材料的电性能。
二、半导体工艺制造技术的应用半导体工艺制造技术在电子产业中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 集成电路制造集成电路是半导体工艺制造技术的重要应用领域之一。
通过将不同的电子器件集成在一个芯片上，实现了电子元件的微型化和高集成度。
集成电路制造技术的不断发展，使得计算机、手机、平板电脑等电子产品的性能和功能不断提升。
2. 太阳能电池制造太阳能电池是利用半导体材料的光电转换效应将太阳能转化为电能的装置。
半导体工艺制造技术在太阳能电池的制造过程中起到了至关重要的作用。
光刻机的原理及光刻过程简介
光刻机的原理及光刻过程简介光刻机（Photolithography Machine）是一种用于半导体制造和微电子工艺中的关键设备，主要用于制造芯片、集成电路和其他微细结构的制作过程。
下面是光刻机的技术原理和实现光刻过程的简单介绍：1.掩膜制备：首先，需要准备一个称为掩膜（Photomask）的特殊玻璃板。
掩膜上绘制了要在芯片上形成的图案，类似于蓝图。
这些图案决定了芯片的电路布局和结构。
掩膜制备的一些关键要点和具体细节：1.设计和绘制掩膜图案：根据芯片的设计需求，使用计算机辅助设计（CAD）软件或其他工具绘制掩膜图案。
这些图案包括电路布局、晶体管、连接线等微细结构。
2.掩膜材料选择：选择适合的掩膜材料，通常是高纯度的二氧化硅（SiO2）或氧化物。
材料选择要考虑到其透光性、耐用性和成本等因素。
3.光刻胶涂覆：在掩膜材料的表面涂覆一层光刻胶。
光刻胶是一种感光性的聚合物材料，可以在光刻过程中发生化学或物理变化。
4.掩膜图案转移：使用光刻机将掩膜图案投射到光刻胶上。
光照射使得光刻胶在照射区域发生光化学反应或物理改变，形成图案。
5.显影和清洗：将光刻胶涂层浸入显影液中，显影液会溶解或去除未被光照射的光刻胶部分，留下期望的图案。
随后进行清洗，去除显影液残留。
6.检验和修复：对制备好的掩膜进行检验，确保图案的精度和质量。
如果发现缺陷或损坏，需要进行修复或重新制备掩膜。
掩膜制备的关键要点在于设计准确的图案、选择合适的掩膜材料、确保光刻胶涂覆的均匀性和控制光照射过程的精确性。
制备高质量的掩膜对于确保后续光刻过程的精确性和芯片制造的成功非常重要。
2.光源和光学系统：光刻机使用强光源（通常是紫外光）来照射掩膜上的图案。
光源会发出高能量的光线，并通过光学系统将光线聚焦成细小的光斑。
光源和光学系统的一些关键要点和具体细节：1.光源选择：光刻机通常使用紫外光（UV）作为光源，因为紫外光的波长比可见光短，能够提供更高的分辨率和精度。
第六讲：光刻工艺(半导体制造技术)
纵横比（分辨力） 黏结力 曝光速度 针孔数量 阶梯覆盖度 成本 显影液 光刻胶去除剂 氧化工步 金属工步
更高
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
聚合物 聚合物是由一组大而且重的分子组成， 包括碳、氢和氧。对负性胶，聚合物曝光后会 由非聚合状态变为聚合状态。在大多数负性胶 里面，聚合物是聚异戊二烯类型。是一种相互 粘结的物质－－抗刻蚀的物质，如图所示。
（a）亮场掩膜 版和负胶组合 图形尺寸变小
晶圆 (a) 聚合光刻胶 非聚合光刻胶
（b）暗场掩膜 版和正胶组合 图形尺寸变大
晶圆 (b)
用正胶和暗场掩 膜版组合还可以在晶 圆表面得到附加的针 孔保护。如果是亮场 掩膜版，玻璃上的任 何缺陷及污染物微粒 都会影响光刻质量， 若是暗场掩膜版则可 以避免上述缺陷的产 生，如图所示。
低转 速
高转 速 真空
自动旋转器 自动系统如图所示，包含了晶圆表面处理、 N O 吹除 涂底胶 和涂光刻胶 自动晶圆 装载 N 光 底 的全部过程， 刻 胶 胶 器 标准的系统 通向 排气 传送 到 晶圆 盒 配置就是一 或软烘焙 条流水线。 捕获 杯
旋转电机 真空
光 刻 胶
光 刻 版
掩膜版分类：亮、暗
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 类型
速度 Waf/Hr 60 400 200 90 90 60
排队
热板 对流烘箱 真空烘箱 移动带式红外烘箱 导热移动带 微波
5~15 30 30 5~7 5~7 0.25
好 一般（好） 差（一般） 差（一般） 一般 差（一般）
单片（小批量） 批量 批量 单片 单片 单片
半导体器件工艺原理
半导体器件工艺原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!半导体器件工艺原理是电子信息技术领域中的关键知识点，它涉及到半导体器件的制备、加工和测试等一系列工作。
半导体工艺原理刻蚀工艺贵州大学
用于IC制造中薄膜的典型或代表性等离子体气体
材料 多晶硅
单晶硅 SiO2
Si3N4
Al W Ti TiN TiSi2 光刻胶
刻蚀剂 SF6,CF4
CF4/H2，CHF3
CF4/O2 HBr,Cl2,Cl2/HBr/O2 与多晶硅的刻蚀剂相同 SF6,NF3,CF4/O2,CF4
CF4/H2,CHF3/O2,C2F6,C3F8 CHF3/C4F8,CO CF/4O2 CF4/H2 CHF3/O2,CH2F2 Cl2 Cl2/CHCl3, Cl2/N2 CF4,SF6 Cl2 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4/O2 O2
（1二氧化硅的刻蚀
采用的气体为CF4、CHF3、C2F6
CF4 2FCF2 SiO 24F Si4F2O SiO 2 2CF2 Si4F2CO
增加等离子体中的氧含量将导致Si/SiO2的选择性变差 增加氢的含量将改善Si/SiO2的选择性。
在现在的半导体刻蚀制造中，常采用CHF2和 Cl2的混 合等离子体来进行SiO2的RIE刻蚀。
Ion Implantation
Rapid Thermal Annealing
刻蚀术语
刻蚀速率 选择比 刻蚀均匀性 刻蚀剖面 湿法刻蚀 干法刻蚀 RIE：反应离子刻蚀
刻蚀速率（Etch Rate
d = d0 - d1 Å) 腐蚀前后厚度的变化量， t 腐蚀时间 (min)，
以BOE对高饱和正硅酸乙酯磷硅酸玻璃（ PE-TEOS PSG 薄膜为例，腐蚀时间： 1 minute ，温度： 22 °Cd0 = 1.7 mm, d1 = 1.1 mm，则
刻蚀工艺
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
半导体工艺讲 掩模和光刻
半导体工艺讲解(1)--掩模和光刻（上）概述光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。
主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。
光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。
主要是贵在成像系统（由15～20个直 径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。
其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。
光刻部分的主 要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning )光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
光刻工艺过程一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、涂底（Priming)方法：a、气相成底膜的热板涂底。
HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染； b、旋转涂底。
缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。
硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。
低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
半导体工艺讲解
半导体工艺讲解(1)--掩模和光刻（上）概述光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。
主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。
光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。
光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。
主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。
其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。
光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning )光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。
光刻工艺过程一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking）方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。
2、涂底（Priming)方法：a、气相成底膜的热板涂底。
HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。
缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。
3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating）方法：a、静态涂胶（Static）。
硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；b、动态（Dynamic）。
低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6. 显影 （Develop）
工艺目的： 溶解硅片上 曝光区域 的胶膜，形 成精密的光 刻胶图形。
工艺方法： 正胶显影液： 2.38% 的四甲基氢氧化铵（TMAH）
特点：碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅 1. TMAH 喷淋显影，转速1000rpm～1500rpm 2. 去离子水喷淋定影，转速 1000rpm～1500rpm 3. 原位旋转甩干 工艺要求：
版图文件
亮版
暗版
光刻机
IC制造中最关键的步骤 IC 晶圆中最昂贵的设备 最有挑战性的技术 决定最小特征尺寸
接触式光刻机 光刻的三种方式 接近式光刻机
投影式光刻机
5.2 光刻工艺原理
光刻工艺的8个基本步骤
1. 气相成底膜 3. 软烘 5. 曝光后烘培（PEB） 7. 坚膜烘培
2. 旋转涂胶 4. 对准和曝光 6. 显影 8. 显影检查
光的衍射
方形小孔的衍射图像（接触孔）
透镜
透镜是一种光学元件，来自物体的光并通过它折 射形成物体的像。 光通过透镜聚焦相当于做一次傅里叶变换。例如 平行光聚焦成一个点。
光通过掩膜版小孔图形衍射进行第一次傅里叶变 换，再通过透镜聚焦进行第二次傅里叶变换，掩 膜版图形在硅片上成像。
曝 光 机 光 学 系 统
投影式对准曝 光系统示意图
对准和曝光
工艺目的： 对准和曝光是将掩膜板上的图形通过镜头由紫外线 传递到硅片表面光刻胶膜上, 形成光敏感物质在空 间的精确分布，最终达到图形精确转移的目的。
对准标记
8张掩膜版及经过8次对准和曝光形成的CMOS器件结构
接触式光刻机
设备简单 70年代中期前使
自动涂胶/显影系统－涂胶模块
涂胶模块剖面图
涂胶模块 示意图
光刻胶厚度 p2
t=k
k约等于100 p是光刻胶中固体含量百分比（p越大粘度越大）
ω是涂胶的旋转转速
光刻胶越厚，台阶覆盖和抗刻蚀性能越好，但分辨 率越差，一般厚度1微米左右。
光刻胶旋转速度曲线
3. 软烘（Soft Bake）
护衬底表面，胶的这种性质称为抗蚀性）
7. 颗粒少
光刻胶的成分： 1. 树脂（是一种有机聚合物材料，提供光刻胶的机械
和化学特性） 2. 感光剂（光刻胶材料的光敏成分） 3. 溶剂（使光刻胶具有流动性） 4. 添加剂（控制光刻胶特殊方面的化学物质，备选）
正胶和负胶 正胶：曝光的部分易溶解，占主导地位 负胶：曝光的部分不易溶解 负胶的粘附性和抗刻蚀性能好，但分辨率低
复习：
1、离子注入源分类 2、离子注入缺陷？如何解决？ 3、热氧化分类？化学反应式？ 4、影响二氧化硅生长因素？ 5、氧化后质量检测方法？
第五章 光 刻
光刻（ Lithography ）
在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光 刻胶上的过程，将器件或电路结构临时“复制” 到硅片上的过程。
光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 光刻占40%到50%的流片时间。 决定最小特征尺寸。 重要性：是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂
程中移除树脂保护团 4. 不含保护团的光刻胶曝光区域溶解于以水为主要
成分的显影液
涂胶工艺 工艺目的：在硅片上沉积一层均匀00rpm～700rpm 3. 旋转：转速 3000rpm-5000rpm 工艺要求： ➢ 厚度：1.0μm左右 ➢ 均匀性：3％以内
工艺目的：去除光刻胶中的溶剂 改善胶的粘附性
优化胶的光吸收特性和显影能力
缓解涂胶时产生的应力
防止曝光时挥发污染设备。
溶剂含量
65%~85% 涂胶前
10%~20% 涂胶后
4%~7% 软烘后
工艺方法：热板烘烤 温度：85oC到120oC 时间：30秒到60秒 特点：光刻胶底部溶剂先挥发，避免气泡 每次一片，适合自动轨道流水作业
用 分辨率:有微米
级的能力 掩膜版和硅片直
接接触,掩膜版 寿命短
接触式光刻机
接近式光刻机
距硅片表面 10微米
无直接接触 更长的掩膜
寿命 分辨率:>3μm
接近式光刻机
投影光刻机（扫描型）
5. 曝光后烘培（PEB）
工艺目的：促进关键化学反应 去除溶剂增强粘附性
工艺方法：热板，温度高于软烘（正胶）
光谱
曝光光源
1. 高压汞灯：365nm（I线）、436nm（G线） 2. 准分子激光：248nm（KrF）、193nm（ArF） 3. 等离子体：13.5nm（EUV），开发中
高强度汞灯的发射光谱
曝光光源的光谱
光学
光的反射
入射光线
θi θr
反射光线
θi = θr
光学
光的折射
目前光刻的成本很高，已占整个芯片制造总成本 的1/3。
现代IC对光刻的要求越来越高
△ IC的性能↑→
IC集成度↑ 器件尺寸↓
→IC特征尺寸↓
（即光刻线宽↓） →对光刻的要求↑
△ 现代光刻技术已发展到纳米时代（如22nm技术）
光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化 合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成 的胶状液体 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导 致其化学结构发生变化，使光刻胶在某 种特定溶液中的溶解特性改变
自动涂胶/显影系统－气相成底膜模块
2. 旋转涂胶（Spin Coating）
光刻胶是一种有机化合物，它受紫外线曝光后在显 影液中的溶解度发生显著变化。
光刻胶的目的 1. 做硅片上的图形模版（从掩膜版转移到硅片上的图
形） 2. 在后续工艺中，保护下面的材料（例如刻蚀或离子
注入）
光刻对光刻胶的要求： 1. 分辨率高（区分硅片上两个相邻特征尺寸图形的
衬底折射率不
匹配，抗反射 膜（ARC）类 型不匹配
由于光刻胶
和衬底酸碱 不平衡
由于光刻胶
顶部受到过 多的显影
8. 显影检查
由于光刻胶 受到空气中 氨分子（碱 性）对其光 酸分子在表 面的中和
由于光刻胶 对光的吸收， 使得光刻胶 底部接收到 的光比顶部 少
由于光刻胶 同衬底的粘 附性不好， 或者HMDS 表面处理不 良，或底部 切入
Rinse
Table 2. Recommended soft bake parameters
光谱
5.3 光学光刻
光的能量能满足激活光刻胶，成功实现图形转移
的要求。光刻典型的曝光光源是紫外（UV ultraviolet）光源以及深紫外（DUV）光源、极 紫外（EUV）光源。
光刻工艺的8个基本步骤
1. 气相成底膜（HMDS priming)
工艺目的： 增加光刻胶（共价键）与硅片表面层的粘附性，在 表面为二氧化硅等（离子键、亲水）时尤其重要。
工艺步骤： 1、硅片清洗：污染物会导致光刻胶起层和针孔 2、脱水烘焙：光刻胶与水分子的粘附性差 3、HMDS成底膜：防止硅片吸潮、增强光刻胶粘附
分步重复光刻机和步进扫描光刻机的NA都能做到
0.60～0.68的水平
数值孔径
分辨率（R）
分辨率是将硅片上两个相邻的关键尺寸图形区分开 的能力。分辨率是光刻中一个重要的性能指标。
k为工艺因子，范围是0.6～0.8 λ为光源的波长
NA为曝光系统的数值孔径
提高分辨率的方法
减小工艺因子k：先进曝光技术 减小光源的波长：汞灯准分子激光（等离子体） 增大介质折射率：浸入式曝光 增大θm：增大透镜半径、减小焦距
接触式对准曝光系统简单、相对便宜，硅片上图 形与掩膜版完全相同
接触式曝光 易损坏掩膜版
接近式曝光 掩膜版寿命长、分辨率差
投影式曝光是集成电路主流工艺 可实现4倍到10倍的图形缩小，分辨率高
投影式对准曝光系统组成 1. 紫外光源 2. 光学系统 3. 投影掩膜版 4. 对准系统 5. 载片台
入射光线
θ1
折射率n1
折射率n2
θ2
折射光线
Snell定律：n1 sinθ1 = n2 sinθ2
光的衍射
当光穿过一个小孔或经过一个轮廓分明的边缘时， 沿小孔边缘产生了干涉图形，结果得到了一个模糊 的图像，这种现象称为衍射。
波长越大 小孔尺寸越小
衍射越明显
光的衍射
衍射光强度随衍射角的变化由小孔图形的傅里叶变 化决定（平行光假设，远场条件）
光刻胶
正胶
负胶
光刻胶的种类： 根据光刻的要求，光刻胶制成与特定波长的紫外 线有显著的光化学响应，一般按照紫外线把胶分 类：i线光刻胶、g线光刻胶、DUV线光刻胶等。
传统的正性I线光刻胶溶解于显影液的机理 1. 树脂是悬浮于溶剂中的酚醛甲醛聚合物（ 线性酚
醛树脂）
2. 感光剂化合物作为强的溶解抑制剂（不溶解于显 影液）被加到线性酚醛树脂中
自动涂胶/显影系统设备－热板
软烘不当的后果 温度过高或时间过长： 光刻胶光敏感度降低 温度过低或时间不够： 光刻胶显影选择比下降
回顾问题：
1、光刻三要素有哪些？ 2、正胶和负胶的区别？ 3、光刻工艺的八个步骤？ 4、 5、 6、
4. 对准和曝光（Align and Exposure）
对准曝光系统分为两大类：接触式对准曝光系统 和投影式对准曝光系统。
3. 在曝光过程中，感光剂（通常为DNQ）发生光化 学分解产生羧酸
4. 羧酸提高光刻胶曝光区域的线性酚醛树脂的溶解 度
化学放大（CA）深紫外光刻胶 常规的I线光刻胶体系的光吸收敏感性对于更短的
DUV波长较差。 化学放大（CA）的原理是采用光吸收敏感性更高
的感光剂和专门的溶解抑制剂。
化学放大DUV光刻胶溶解于显影液的机理 1. 具有保护团的酚醛树脂使之不溶于显影液 2. 光酸产生剂在曝光时产生酸 3. 曝光区域产生的酸作为催化剂，在曝光后热烘过
能力强） 2. 对比度好（指曝光区和非曝光区过渡的陡度）