8 基本光刻工艺PPT课件
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光刻工艺步骤介绍课件PPT
圆片低速渐静止或静止
喷显影液
圆片轻转（依靠圆片表面张力显影液在圆片表面停留一段时间）
较高速旋转（甩去圆片表面的显影液）
喷水旋转
加速旋转（甩干）
停止旋转并取片
显影后烘（坚膜）
圆片送回片架显影工艺完成
显影方式
显影方式 静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张
力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表 面充分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。如：SVG、 DNS、TEL设备。 旋转喷雾显影 圆片旋转由高压氮气将流经喷嘴的显影液打成微小 的液珠喷射在圆片表面，数秒钟显影液就能均匀地覆盖在整个圆 片表面。如：以前5寸SVG设备。 影响显影质量因素 显影时间 影响条宽控制精度 显影液的温度 影响显影的速率
曝光工艺流程 蚀工序就能将图形留在圆片上。
光刻工艺步骤实例-N-WELL的形成
高精度光刻图形与曝光光源有着直接的关系。
红其外中线 对 圆辐光片射刻加胶从热感片光起架主中要作取用出是波长为435. 预对位（找平边）
如：SVG、DNS、TEL设备。
圆片由机械手臂传输到载 片台（Stage）上
1光刻机自身的定位精度包括光学、机械、电子等系统的设计精度和热效应；
热板传导加热
基本原理：光刻工艺中最关键的工序它直接关系到光刻分辨率、留膜率、条宽控 制等。
2 硅片的加工精度和硅片在热加工氧化、扩散、注入、烘片等过程中的形变；
静态浸渍显影 圆片静止显影液喷在圆片表面，依靠圆片表面张力使显影液停留在圆片上，圆片轻轻的转动，让显影液在圆片表面充
分浸润，一段时间后，高速旋转将显影液甩掉。
基8n本m（原g理线：）光、刻3工65艺n流中m（最程i关线单键）的、上工24的序8n它批m直（号接DU关：V系远到紫光外刻线分）辨等率光、谱留线膜。率、条宽控 制等。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
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。
光刻过程图片解说优秀课件
光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
光刻过程图片解说优秀课件
聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
光刻过程图片解说优秀课件
溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
光刻过程图片解说优秀课件
显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
光刻过程图片解说优秀课件
光刻过程图片解说优秀课件
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光刻工艺 5、新技术简介
光刻过程图片解说优秀课件
光刻基本介绍
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。
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光刻胶的成分
聚合物 溶剂 感光剂 添加剂
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聚合物
固体有机材料（胶膜的主体） 转移图形到硅片上 UV曝光后发生光化学反应，溶解性质发
生改变.
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溶剂
溶解聚合物 经过旋转涂布可得到薄光刻胶膜.
感光剂
控制和或改变光化学反应 决定曝光时间和强度
二甲苯(负胶溶剂和显影液):易 燃易爆
HMDS(前处理):易燃易爆 TMAH（正胶显影溶剂):有毒，
有腐蚀性
汞(Hg,UV lamp)蒸气 –高毒性;
氯(Cl2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
氟(F2,受激准分子激光器) –有毒，有腐蚀性
机械安全 活动部件 热表面 高压灯 电安全 高压供电源 掉电 地面静电荷 标注清晰和锁紧 放射性安全 UV光可破坏化学键 有机分子有长化学键结构 更易因UV引起损伤 UV光通常用于消毒杀菌 如果直视UV光源会伤害眼睛 有时需要戴防UV护目镜
高温会加速化学反应引起过显影 光刻胶CD变小
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显影
显影液溶解部分光刻胶 正胶显影液通常使用弱碱性的溶剂 最常用的是四甲基氢铵 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 三个基本步骤:显影－清洗－干燥
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光刻和刻蚀工艺PPT培训课件
图形曝光与刻蚀
刻蚀
由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
光阻上
目的：
确定图案的精确形状和尺寸 完成顺序两次光刻图案的准确套制
曝光后烘焙（PEB）
驻波效应
定义：入射光与反射光间的相长和相消干涉造 成的效应
影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界 将会出现驻波效应，影响显影后所形成的图形 尺寸和分辨率
改善措施：曝光后烘焙
4、显影（Development）
低 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
Si
3、曝光（Exposure）
曝光
光通过掩模版照射，使照射到的光刻胶起光化学反应 感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的溶解度不同 掩模版上的图案，完整地传递(Transfer)到晶片表面的
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
光刻胶 SiO2
Si （4）显影、坚膜
4、显影（Development）
第八章光刻-PPT精品
它是表征光刻精度的标志之一，与光刻本 身和光刻工艺条件及操作技术有关。
越细的线宽需要越薄的光刻胶膜来产生。 然而光刻胶膜需要足够厚度来实现阻隔刻 蚀的作用，并且保证不能有针孔，所以选 择需要权衡。
改变工艺参数可以改变固有的分辨力。
纵横比用来衡量光刻胶的分辨力和光刻胶 厚度之间的关系。是光刻胶厚度与图形打 开尺寸的比值。
8.4.2 光刻胶的表现要素及物理特性
光刻胶的选择的主要决定因素是晶圆表面
对尺寸的要求。
1. 具有产生那些所要求尺寸的能力
2. 在刻蚀过程中阻隔刻蚀的功能，必须保证 一定的厚度，且不能有针孔
3. 必须能和晶圆表面很好地黏合，否则刻蚀 后图形会发生扭曲
• 分辨率：在光刻胶层能产生的最小图形通 常作为对光刻胶的分辨力的参考。产生的 线条越小，分辨力越强。
• 转移到硅片表面的光刻图形的形状完全取决于硅 片层面的结构。图形可能是硅片上的半导体器件， 隔离槽，接触孔，金属互连以及互连金属层的通 孔。
• 光刻掩膜版衬底材料是石英，这种材料始终用在 紫外光刻中。用做掩膜版的石英是最贵的材料并 且有非常低的温度膨胀。低膨胀意味着掩膜版在 温度改变时尺寸是相对稳定的。淀积在掩膜版上 的不透明的材料是一薄层铬，厚度一般小于1000 埃并且是溅射淀积的。
纵横比=T/W
正胶比负胶有更高的纵横比，对于一个给 定的图形尺寸开口，正胶的光刻胶层可以 更厚。
• 黏结性：为了实现刻蚀阻隔作用，光刻胶 层必须与晶圆表面有很好的黏结性，才能 够保证把光刻图形很好的转移到晶圆表面。
负胶比正胶的黏结能力好。
• 粘滞性：对于液体光刻胶来说其流动特性 的定量指标。随着粘滞性增加，光刻胶流 动的趋势变小，在硅片上的厚度增加。低 粘滞性光刻胶流动的倾向性更大，在硅片 表面产生更薄的覆盖层。
越细的线宽需要越薄的光刻胶膜来产生。 然而光刻胶膜需要足够厚度来实现阻隔刻 蚀的作用，并且保证不能有针孔，所以选 择需要权衡。
改变工艺参数可以改变固有的分辨力。
纵横比用来衡量光刻胶的分辨力和光刻胶 厚度之间的关系。是光刻胶厚度与图形打 开尺寸的比值。
8.4.2 光刻胶的表现要素及物理特性
光刻胶的选择的主要决定因素是晶圆表面
对尺寸的要求。
1. 具有产生那些所要求尺寸的能力
2. 在刻蚀过程中阻隔刻蚀的功能，必须保证 一定的厚度，且不能有针孔
3. 必须能和晶圆表面很好地黏合，否则刻蚀 后图形会发生扭曲
• 分辨率：在光刻胶层能产生的最小图形通 常作为对光刻胶的分辨力的参考。产生的 线条越小，分辨力越强。
• 转移到硅片表面的光刻图形的形状完全取决于硅 片层面的结构。图形可能是硅片上的半导体器件， 隔离槽，接触孔，金属互连以及互连金属层的通 孔。
• 光刻掩膜版衬底材料是石英，这种材料始终用在 紫外光刻中。用做掩膜版的石英是最贵的材料并 且有非常低的温度膨胀。低膨胀意味着掩膜版在 温度改变时尺寸是相对稳定的。淀积在掩膜版上 的不透明的材料是一薄层铬，厚度一般小于1000 埃并且是溅射淀积的。
纵横比=T/W
正胶比负胶有更高的纵横比，对于一个给 定的图形尺寸开口，正胶的光刻胶层可以 更厚。
• 黏结性：为了实现刻蚀阻隔作用，光刻胶 层必须与晶圆表面有很好的黏结性，才能 够保证把光刻图形很好的转移到晶圆表面。
负胶比正胶的黏结能力好。
• 粘滞性：对于液体光刻胶来说其流动特性 的定量指标。随着粘滞性增加，光刻胶流 动的趋势变小，在硅片上的厚度增加。低 粘滞性光刻胶流动的倾向性更大，在硅片 表面产生更薄的覆盖层。
集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺 ppt课件
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8.1.6 刻蚀 8.1.7 去胶
在集成电路工艺中，去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶，在湿法去胶中 又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。
有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中（丙酮和芳香族的有机溶 剂），从而达到去胶的目的。
无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如H2SO4和H2O2等)，将光刻胶 中的碳元素氧化成为二氧化碳，把光刻胶从硅片的表面上除去。由于无
影响显影效果的主要因素包括：
①光刻胶的膜厚；②前烘的温度和时间；③曝光时间；④显影液的浓度；
⑤显影液的温度；⑥显影液的搅动情况等。
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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。
在前烘过程中，由于溶剂的挥发，光刻胶的厚度也会减薄，一般减小 的幅度为10％-20％左右。
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前烘的作用
降低灰尘的玷污； 减轻因高速旋转形成的薄膜应力，从而提高光刻胶的附着性。 如果光刻胶没有经过前烘处理，对于正胶来说，非曝光区的光刻胶
由于溶剂的含量比较高，在显影液中也会溶解变簿，从而使光刻胶 的保护能力下降。
以正胶为例，在显影过程中，曝光区的光刻胶在显 影液中溶解，非曝光区的光刻胶则不会溶解。曝光后 在光刻胶层中形成的潜在图形，显影后便显现出来。
显影后所留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺中做为掩膜， 因此显影也是一步重要工艺。严格地说，在显影时曝光区与非曝光区的光刻 胶都有不同程度的溶解。曝光区与非曝光区的光刻胶的溶解速度反差越大， 显影后得到的图形对比度越高。
光刻工艺.pptx
21
一、接触式曝光
由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜 版的寿命降低。
22
二、接近式曝光
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。
23
三、投影式曝光
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长 了掩膜版的寿命。
34
几种实用的光刻胶配方。 PMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性， 感光性最佳的紫外光光谱约为220nm； PMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm， 峰值光谱约为190nm和285nm。
35
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。
3
打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）
六甲基二硅亚胺HMDS反应机理
OH
SiO2 ＋(CH3) 3SiNHSi(CH3)
3
OH
O-Si(CH3) 3
SiO2
+NH
O-Si(CH3) 33
4
5
6
曝光方法
曝光有多种方法：光学曝光就可分为接 触式、接近式、投影式、直接分步重复 曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝 光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻 波和光线平行度都是影响曝光质量
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。
24
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
一、接触式曝光
由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜 版的寿命降低。
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二、接近式曝光
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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三、投影式曝光
避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长 了掩膜版的寿命。
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几种实用的光刻胶配方。 PMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性， 感光性最佳的紫外光光谱约为220nm； PMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm， 峰值光谱约为190nm和285nm。
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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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打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）
六甲基二硅亚胺HMDS反应机理
OH
SiO2 ＋(CH3) 3SiNHSi(CH3)
3
OH
O-Si(CH3) 3
SiO2
+NH
O-Si(CH3) 33
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6
曝光方法
曝光有多种方法：光学曝光就可分为接 触式、接近式、投影式、直接分步重复 曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝 光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻 波和光线平行度都是影响曝光质量
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。
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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
第八章光刻与刻蚀工艺PPT课件
利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上。
48
8.6.6 投影式曝光
优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。
缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。
用于3μm以下光刻。
49
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； 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。
KrF：λ= 248nm；
ArF：λ= 193nm；
F2激光器： λ= 157nm。
17
8.1 光刻工艺流程
高压汞灯紫外光谱
18
8.1 光刻工艺流程
ⅱ）曝光方式（曝光机） a.接触式：硅片与光刻版紧密接触。 b.接近式：硅片与光刻版保持5-50μm间距。 c.投影式：利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上
光照时发生化学分解或聚合反应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negativephotoresist负性光刻胶positivephotoresist正性光刻胶曝光后不可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜高分辨率35负胶negativehotoresists
正胶的S大于负胶
42
8.3 光刻胶的基本属性
4） 光刻胶抗蚀能力 表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。 对湿法腐蚀：抗蚀能力较强；
干法腐蚀：抗蚀能力较差。 负胶抗蚀能力大于正胶； 抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；
43
8.6 紫外光曝光
光源： 紫外（UV）、深紫外（DUV）；
19
接触式曝光示意图 步进-重复（Stepper）曝光示意图20
8.1 光刻工艺流程
下一代曝光方法
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8.6.6 投影式曝光
优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。
缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。
用于3μm以下光刻。
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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； 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。
KrF：λ= 248nm；
ArF：λ= 193nm；
F2激光器： λ= 157nm。
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8.1 光刻工艺流程
高压汞灯紫外光谱
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8.1 光刻工艺流程
ⅱ）曝光方式（曝光机） a.接触式：硅片与光刻版紧密接触。 b.接近式：硅片与光刻版保持5-50μm间距。 c.投影式：利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上
光照时发生化学分解或聚合反应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negativephotoresist负性光刻胶positivephotoresist正性光刻胶曝光后不可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜高分辨率35负胶negativehotoresists
正胶的S大于负胶
42
8.3 光刻胶的基本属性
4） 光刻胶抗蚀能力 表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度。 对湿法腐蚀：抗蚀能力较强；
干法腐蚀：抗蚀能力较差。 负胶抗蚀能力大于正胶； 抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差；
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8.6 紫外光曝光
光源： 紫外（UV）、深紫外（DUV）；
19
接触式曝光示意图 步进-重复（Stepper）曝光示意图20
8.1 光刻工艺流程
下一代曝光方法
第八章_基本光刻工艺流程-表面准备到曝光
第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光概述最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。
这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。
我们会按照顺序来介绍前四步（表面准备到对准和曝光）的目的和执行方法。
目的完成本章后您将能够：1．勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。
2．解释正胶和负胶对光的反应。
3．解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。
4．列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。
5．从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。
6．解释双重光刻，多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。
7．描述在小尺寸图形光刻过程中，防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。
8．列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。
9．比较每一种对准和曝光设备的优点。
介绍光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作（图8.1）。
Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。
还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal （OR,MR）和Microlithography。
光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形（水平的）工艺过程。
这个工艺过程的目标有两个。
首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形。
这个目标被称为晶圆的分辨率（resolution）。
图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸（feature size）或是图像尺寸（image size）。
第二个目标是在晶圆表面正确定位图形（称为Alignment或者Registration）。
整个电路图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的（图8.2）。
请记住，最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。
图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。
光刻与刻蚀演示幻灯片
EUV = extreme ultraviolet
下一代光刻技术 EPL = electron projection lithography
ML2 = maskless lithography
+PSM +OPC+OAI 64×103
157nm F2
16×103
IPL = ion projection lithography
1
log10(Dc
/
D0)
负胶：
rn
1 log10(Dg0
/ Dgi )
❖ 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
55
其他特性
❖ 光敏度 ❖ 膨胀性 ❖ 抗刻蚀能力和热稳定性 ❖ 黏着力 ❖ 溶解度和黏滞度 ❖ 微粒含量和金属含量 ❖ 储存寿命
理想的曝光图形
68
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
ASM 2500/5000 投影光刻机
70
分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
光学M曝EF光光区学光刻技术潜力挖掘区 光刻工艺特征尺寸19805接485321000触6........n50000383式m5uuuuuuuummmmmmmm光EM线掩刻a模4接s-3k-精触61En0度r式murmo控光Gr4投制F线3刻a影6技cn1t光m术o0r-刻G23投.线06u影5mn2光m.0-刻I-2线04.850nu.1小年比0预远m0m9.188于光较测抛微K-0-年1刻乐都在0r米F微.2左技观被后（08米.右术的光头u5保；m-曾将长刻。-守10经9走期技.的1183G有9到预术预u年m人尽测神计曾预头：话为经言2；般0有0.：501的1预7微96光年9进言4米G刻年线步：）线也宽的22到，6156541宽曾达步146646××1这××××××9不经到伐119些111111007能有远000000991996692
光刻与刻蚀工艺ppt课件
6.1 概述
光刻技术被用来界定p-n结的几何形状。
在形成SiO2之后。利用高速旋转机，将晶 片表面旋涂一层对紫外光敏感的材料，称 为光刻胶(photo-resist)。将晶片从旋转机 拿下之后[图 (c)]，在80C～100C之间烘烤。 以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加 强光刻胶与晶片的附着力。如图 (d)所示， 下一个步骤使用UV光源，通过一有图案的 掩模版对晶片进行曝光。对于被光刻胶覆 盖的晶片在其曝光的区域将依据光刻胶的 型态进行化学反应。而被暴露在光线中的 光刻胶会进行聚合反应，且在刻蚀剂中不 易去除。聚合物区域在晶片放进显影剂 (developer)后仍然存在，而未被曝光区域 (在不透明掩模版区域之下)会溶解并被洗去。
8.2 光刻工艺
正胶和负胶图形转移
光刻胶通常可分为正性胶和负性 胶两类，两者经曝光和显影后得到的 图形正好相反。显影时，正胶的感光 区较易溶解而未感光区不溶解，所形 成的光刻胶图形是掩模版图形的正映 象。负胶的情况正相反，显影时感光 区较难溶解而未感光区溶解，形成的 光刻胶图形是掩模版图形的负映象。
8.2 光刻工艺
光学光刻使用的正胶通常含有三种主要成分：酚醛树脂、感光 剂和有机溶剂。曝光前的光刻胶基本上不溶于显影液。曝光时， 感光剂 — 如 g 线（436 nm）和 i 线（365 nm）光刻时正胶中 的重氮醌（DNQ），因吸收光能而导致化学结构发生变化，在显 影液中的溶解度比曝光前高出很多（约100倍）。显影后，感光 部分光刻胶被溶解去除。
优点：有较高刻 自从80年代后期用多晶硅成功制作旋转式微马达于硅芯片上以来，微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)迅速引起人
们化的学注 方意式光。：等刻离子体(产li生t的h中o性g反r应a物p与h物质y表，面相又互作译用产图生挥形发性曝产物光。 )：使用带有某一层设计几 何图形的掩模版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光 这种方式使得微机电系统产品类似于集成电路，可整批制造，廉价推广。
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图形转移通过两步完成。首先，图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显 影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就 会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应。
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度， 而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限 制在某一波长的光。
15
• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
在曝光过程中控制和 / 或 调节光刻胶的化学反应
各种添加的化学成分实 现工艺效果，例如染色
11
• 聚合物
聚合物是由一组大而且重的分子组成，包 括碳、氢和痒。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。
右图显示了用不同极
性的掩膜版和不同极
掩膜版极性
性的光刻胶相结合而
负
正
产生的结果。通常是
根据尺寸控制的要求
亮场 光刻
空穴
凸起
和缺陷保护的要求来 胶极性 暗场 凸起
空穴
选择光刻胶和掩膜版
极性的。
8
工艺步骤 对准和曝光
目的
掩膜版和图形在晶圆上的 精确对准和光刻胶的曝光。 正胶被光溶解
显影
去除非聚合光刻胶
光刻胶是光刻工艺的核心，光刻过程中的 所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到 的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻 工艺的研发是一个非常漫长的过程。
10
8.4.1 光刻胶的组成
光刻胶由4种 成分组成： 聚合物
成分 聚合物
溶剂
感光剂
溶剂
添加剂
感光剂
添加剂
功能
当被对准机光源曝光时， 聚合物结构由可溶变成 聚合（或反之）
第八章 基本光刻工艺流程
光刻的目的和意义第四章已做过简单的描 述，这一章主要介绍基本光刻工艺中的表面准 备至曝光的工艺步骤及光刻胶的特性。
8.1
晶圆
光刻工艺首先是
在晶园表面建立尽可
表面层
能接近设计规则中所 要求尺寸的图形，其 次是在晶园表面正确
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总体概述
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2
因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图 形定位的要求就好像是一幢建筑物每一
层之间所要求的正确对准。如 #2
果每一次的定位不准，将会导 栅掩膜
致整个电路失效。除了对特征 #1
13
下表列出了用在光刻胶产品上的聚合物，正胶 和负胶相对的有点。
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）
刻蚀
表层去除
光刻胶去除 光刻胶去除
晶圆 晶圆
掩膜版 / 图形 光刻胶 氧化层
光刻胶 氧化层
晶圆
晶圆 9
8.3 光刻10步法 把图形从掩膜版上转移到晶园表面是由多
个步骤完成的（见图8.9），特征图形尺寸、 对准精度、晶园表面情况和光刻层数都会影响 到特定光刻工艺的难以程度。虽然许多光刻工 艺都不尽相同，但大部分都是基于光刻10步法 的变异或选项。所以了解和掌握基本的光刻10 步法是非常必要的。 8.4 光刻胶
阱掩膜
图形尺寸和图形对准的控制，
#3 接触
在工艺过程中的缺陷水平的控
掩膜
制也同样是非常重要的。光刻 #4
操作步骤的数目之多和光刻工
金属 掩膜
艺层的数量之大，所以光刻工 #5
艺是一个主要的缺陷来源。
PAD 掩膜
3
8.2 光刻蚀工艺概况
光刻蚀是一种多步骤的图形转移过程，首 先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过 光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每 一层。
极性
感光性
曝光光源
(Coul/cm )
+
3-5 × 10
紫外
-
紫外
+
5 × 10
电子束
+
1 × 10
电子束 /
深紫外
+
2 × 10
电子束
+
8 × 10
电子束
-
5 × 10
电子束
X 射线
PMPS
聚甲基戊烯 1 砜
+
2 × 10
电子束
14
• 溶剂 光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶
剂的目的是光刻胶处于液态，以便是光刻胶能 够通过旋转的方法涂在晶园表面。 • 感光剂
CH
CH
CH
能量
双键 CH
×××××××××× 未聚合的
聚合的
(a)
(b)
12
正性胶的基本聚合物是苯酚－甲醛聚合物， 也称为苯酚－甲醛树脂。如图所示。
邻位 （2和 6）
间位
间甲 酚
（3和 4）
对位（ 4 ）
甲醛
在光刻胶中聚合物是相对不可溶的，用适 当能量的光照后变成可溶状态。这种反应称为 光溶解反应。
掩膜 / 图形
光刻胶
晶圆
氧化层
显影
去除非聚合的光刻胶
光刻胶 氧化层 晶圆
5
其次，把图形从光刻胶层转移到晶园上。 这一步是通过不同的刻蚀方法把晶园上没有被 光刻胶保护的部分的薄膜层去掉。这时图形转 移就彻底完成了。如图所示。
工艺步骤 刻蚀
目的
将晶圆顶层通过光刻 胶的开口去除
光刻胶 氧化层 晶圆
光刻胶去除
4
工艺步骤 目的
对准和曝光
在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物
光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚 合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂， 那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽， 添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度， 而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限 制在某一波长的光。
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• 添加剂 光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用
来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝 光的部分在显影过程中被溶解。 8.5 光刻胶的表现要素
从晶圆上去除光刻 胶层
氧化层 晶圆
6
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。
暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。
亮场 暗场
7
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。
对光刻胶的要求包括一下几个方面： • 分辨率
在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作 为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨 率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性 质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光 源、显影工艺等。
稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜
在曝光过程中控制和 / 或 调节光刻胶的化学反应
各种添加的化学成分实 现工艺效果，例如染色
11
• 聚合物
聚合物是由一组大而且重的分子组成，包 括碳、氢和痒。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。
右图显示了用不同极
性的掩膜版和不同极
掩膜版极性
性的光刻胶相结合而
负
正
产生的结果。通常是
根据尺寸控制的要求
亮场 光刻
空穴
凸起
和缺陷保护的要求来 胶极性 暗场 凸起
空穴
选择光刻胶和掩膜版
极性的。
8
工艺步骤 对准和曝光
目的
掩膜版和图形在晶圆上的 精确对准和光刻胶的曝光。 正胶被光溶解
显影
去除非聚合光刻胶
光刻胶是光刻工艺的核心，光刻过程中的 所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到 的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻 工艺的研发是一个非常漫长的过程。
10
8.4.1 光刻胶的组成
光刻胶由4种 成分组成： 聚合物
成分 聚合物
溶剂
感光剂
溶剂
添加剂
感光剂
添加剂
功能
当被对准机光源曝光时， 聚合物结构由可溶变成 聚合（或反之）
第八章 基本光刻工艺流程
光刻的目的和意义第四章已做过简单的描 述，这一章主要介绍基本光刻工艺中的表面准 备至曝光的工艺步骤及光刻胶的特性。
8.1
晶圆
光刻工艺首先是
在晶园表面建立尽可
表面层
能接近设计规则中所 要求尺寸的图形，其 次是在晶园表面正确
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因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图 形定位的要求就好像是一幢建筑物每一
层之间所要求的正确对准。如 #2
果每一次的定位不准，将会导 栅掩膜
致整个电路失效。除了对特征 #1
13
下表列出了用在光刻胶产品上的聚合物，正胶 和负胶相对的有点。
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）
刻蚀
表层去除
光刻胶去除 光刻胶去除
晶圆 晶圆
掩膜版 / 图形 光刻胶 氧化层
光刻胶 氧化层
晶圆
晶圆 9
8.3 光刻10步法 把图形从掩膜版上转移到晶园表面是由多
个步骤完成的（见图8.9），特征图形尺寸、 对准精度、晶园表面情况和光刻层数都会影响 到特定光刻工艺的难以程度。虽然许多光刻工 艺都不尽相同，但大部分都是基于光刻10步法 的变异或选项。所以了解和掌握基本的光刻10 步法是非常必要的。 8.4 光刻胶
阱掩膜
图形尺寸和图形对准的控制，
#3 接触
在工艺过程中的缺陷水平的控
掩膜
制也同样是非常重要的。光刻 #4
操作步骤的数目之多和光刻工
金属 掩膜
艺层的数量之大，所以光刻工 #5
艺是一个主要的缺陷来源。
PAD 掩膜
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8.2 光刻蚀工艺概况
光刻蚀是一种多步骤的图形转移过程，首 先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过 光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每 一层。
极性
感光性
曝光光源
(Coul/cm )
+
3-5 × 10
紫外
-
紫外
+
5 × 10
电子束
+
1 × 10
电子束 /
深紫外
+
2 × 10
电子束
+
8 × 10
电子束
-
5 × 10
电子束
X 射线
PMPS
聚甲基戊烯 1 砜
+
2 × 10
电子束
14
• 溶剂 光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶
剂的目的是光刻胶处于液态，以便是光刻胶能 够通过旋转的方法涂在晶园表面。 • 感光剂
CH
CH
CH
能量
双键 CH
×××××××××× 未聚合的
聚合的
(a)
(b)
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正性胶的基本聚合物是苯酚－甲醛聚合物， 也称为苯酚－甲醛树脂。如图所示。
邻位 （2和 6）
间位
间甲 酚
（3和 4）
对位（ 4 ）
甲醛
在光刻胶中聚合物是相对不可溶的，用适 当能量的光照后变成可溶状态。这种反应称为 光溶解反应。
掩膜 / 图形
光刻胶
晶圆
氧化层
显影
去除非聚合的光刻胶
光刻胶 氧化层 晶圆
5
其次，把图形从光刻胶层转移到晶园上。 这一步是通过不同的刻蚀方法把晶园上没有被 光刻胶保护的部分的薄膜层去掉。这时图形转 移就彻底完成了。如图所示。
工艺步骤 刻蚀
目的
将晶圆顶层通过光刻 胶的开口去除
光刻胶 氧化层 晶圆
光刻胶去除