半导体工艺之光刻+刻蚀

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。
导入—PN结的制作
刻蚀氧化层： 图 (a)为显影
后的晶片。晶片再次于120℃～180 ℃
之间烘烤20min，以加强对衬底的附着
力和即将进行的刻蚀步骤的抗蚀能力。 然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移
基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性
Step
1 2 3 4 5
化学溶剂
H2SO4+H2O2(4:1) D.I. H2O NH4OH+H2O2+H2O (1:1:5) (SC1) D.I. H2O HCl+H2O2+H2O (1:1:6) (SC2)
清洗溫度
120°C 室溫 70 - 80°C 室溫 70 - 80°C
2、高灵敏度的光刻胶
3、高对比度的光刻胶 对比度是衡量光刻胶区分掩模版上亮
4、套刻对准精度
在电路制造过程中要进行多次的光刻，每 次光刻都要进行严格的套刻。
光刻工艺
光刻工艺包括两种基本的工艺类型：负性光刻和正性光刻。这
两种基本工艺的主要区别在于所使用的光刻胶的类型不同。
负性光刻：所使用的是负性光刻胶，当曝光后，光刻胶会因为
潮气问题最小化.
成底膜技术:HMDS可以用浸泡,喷雾和气相方法来涂.
HMDS(旋涂或喷涂)
滴浸润形成 旋转硅片去除多 余的液体
浸润
旋涂
气相方法
2：旋转涂胶
工艺小结: 硅片臵于真空吸盘上 滴约5ml的光刻胶 以约500 rpm的慢速旋转 加速到约 3000 至 5000 rpm 质量指标: 时间 速度 厚度 均匀性 颗粒和缺陷
交联而变得不可溶解，并会硬化，一旦硬化，交联的光刻胶就
不能在溶济中被洗掉，因为光刻胶上的图形与投影掩膜版上的
图形相反因此这种光刻胶被称为负性光刻胶。
正性光刻：与负性光刻相反
负性光刻
被曝光的区域发生交联并变成 紫外光 在掩膜版上的铬岛 光刻胶的曝光区 阻止显影的化学物质 岛 光刻胶 光刻胶上的阴影
的半导体表面暴露在相反型态的高浓度杂
质中。杂质利用固态扩散的方式，进入半 导体晶格。在离子注入时，将欲掺杂的杂
质离子加速到一高能级，然后注入半导体
内。 SiO2可作为阻挡杂质扩散或离子注 入的阻挡层。在扩散或离子注入步骤之后，
p-n结已经形成，如图(d)所示。由于被注
入的离子横向扩散或横向散开(lateral straggle，又译横向游走)的关系，P型区
域会比所开的窗户稍微宽些。
导入—PN结的制作
金属薄膜沉积：在扩散或离子
注入步骤之后，欧姆接触和连线在接着 的金属化步骤完成[图 (e)]。金属薄膜可
以用物理气相淀积和化学气相淀积来形
成。光刻步骤再度用来定义正面接触点， 如图 (f)所示。一相似的金属化步骤可用
来定义背面接触点，而不用光刻工艺。
一般而言，低温(≤500。C)的退火步骤 用来促进金属层和半导体之间的低电阻
期望印在硅片上的光刻胶结 构 光刻胶岛 衬底
铬d
石英
窗口
岛
当使用负胶时要求掩膜版上 的图形(与想要的结构相反)
当使用正胶时要求掩膜版上 的图形(与想要的结构想同)
掩模版制作过程
12. Finished
光刻胶
光刻胶是一种有机化合物,它受紫外曝光后,在显影溶液中的
溶解度会发生变化.硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片
离子束曝光
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻工艺的重要性： a. 微/光电子制造需进行多次光刻； b. 耗费总成本的30％； c. 最复杂、最昂贵和最关键的工艺。
准备光刻胶（光刻胶的保存）
低温黑暗条件下保存
1. 准备硅片（清洗）+喷涂粘附剂
2. 喷涂粘附剂（HMDS 六甲基二硅胺）
3. 滴胶+甩胶
接触点。随着金属化的完成，p-n结已经
可以工作了。
导入—光刻和刻蚀
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和 电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在 衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。 光刻 (lithography，又译图形曝光 )：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，使光敏的光刻胶在衬底上形成三 维浮雕图形。将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感光薄膜层上(称为光致光刻 胶、光刻胶或光阻，resist，简称光刻胶)的一种工艺步骤。 刻蚀：在光刻胶或者阻挡层的掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采
◆工作服穿戴步骤及注意事项
√
第二步：戴上工帽； 注意事项： ◆需要把纽扣扣好 ◆不能有头发外露。
头发外露
◆工作服穿戴步骤及注意事项
√
第三步：穿戴工衣； 注意事项： ◆工帽需要被工衣完 全覆盖 ◆需要扣好纽扣。
工帽外露，纽扣没有 扣好
◆工作服穿戴步骤及注意事项
√
第四步：穿戴工裤、工鞋； 注意事项： ◆选用合适的工鞋，穿工鞋时 不能踩到鞋跟。
导入—PN结的制作
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
粉尘 ： 1-100 um 灰尘 ： 2-100 um 雾霾 ： > 10um
什么是 PM2.5？
超净间的组成及注意事项
更衣间
风淋室
工作间1
工作间2
传递仓
超净服的穿戴
◆工作服穿戴步骤及注意事项
√
√
第一步：戴上口罩； 注意事项： ◆穿戴前把头发扎好，衣 服整理好； ◆戴口罩时可以露出鼻子。
戴口罩时可以 露出鼻子
√
为什么要学习光刻？
导入—PN结的制作
氧化：高品质SiO2的成功开发，是推动硅(Si)
集成电路成为商用产品主流的一大动力。一般说来， SiO2 可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制 作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。如在p-n 结的制造过程中， SiO2薄膜可用来定义结的区域。 图 (a)显示一无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化 步骤。在氧化步骤结束后，一层SiO2 就会均匀地 形成在晶片表面。为简化讨论，图 (b)只显示被氧 化晶片的上表层。
表面,而后被干燥成膜.硅片制造中光刻胶的目的是: 1.将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中; 2.在后续工艺中,保护下面的材料(例如刻蚀或离子注入阻挡 层);
光刻胶的种类及对比
正性光刻胶和负性光刻胶，基于光刻胶材料是如何响应曝光
光源的。

正性光刻胶：曝光区域溶解，非曝光区域保留，得到和掩 膜版相同的图形。 负性光刻胶：曝光区域铰链，非曝光区域溶解，在硅片上 形成于掩膜版相反的图形。
6) 显影
7) 坚膜烘焙
8) 显影检查
1：清洗+气相成底膜处理

光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成电路，硅片在所有的工艺步骤中都要仔细地清洗。在各 个工艺步骤间的保存和传送硅片时不可避免地要引入沾污，所以清洗步骤非常必要。硅片清洗d
的目的是：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，使
窗口
光刻胶t 氧化硅 硅衬底
氧化层
硅衬底
光刻胶显影后的最终图 形
正性光刻
紫外光
使光衰弱的被曝光区 岛
光刻胶t
掩膜版上的铬岛
光刻胶上的阴影
窗口
光刻胶的曝光区
氧化层 photoresist 光刻胶t oxide 氧化层 silicon substrate 硅衬底 硅衬底
光刻胶显影后的最终图形
掩膜版与光刻胶之间的关系
正性光刻胶酸解
未被曝光的光刻胶保持交联 和PAG（光敏产酸剂）未激活
光刻胶 衬底
UV
被曝光的光刻胶溶 于显影液
氧化硅
曝光的
PAG PAG PAG H+ H+ PAG
未曝光的
PAG
PAG
PAG
H+
PAG
PAG
曝光前的正性光刻胶
酸催化反映 (在 PEB中)
未改变
曝光后的 光刻胶
显影后的 光刻胶
负性光刻胶交联
3.1概述
刻蚀
光
刻
刻 蚀 物理气相淀积
镀膜 半导体制作工艺
化学气相淀积 氧化 扩散掺杂
掺杂 离子注入掺杂 线焊 封装 倒装焊 TSV
生活的中类半导体工艺
掩膜+腐蚀 掩膜+光照 溅射+电镀
光刻中….
大规模集成电 路探针测试卡
微纳器件需要怎样的加工环境？
50 um 100 um 0.01 um-5 um
未曝光的区域保留 可容于显影液的化 学物质.
光刻胶
衬底 未被曝光
UV
被曝光的区域发生交 联,并变成阻止显影 的化学物质
氧化硅
曝光
可溶
交联
曝光前负性光刻胶
曝光后负性光刻胶
显影后负性光刻胶
光刻的八个步骤
紫外光

HMDS
光刻胶
掩膜版

1) 清洗+喷涂粘附剂
2) 旋转涂胶
3) 软烘
4) 对准和曝光
5) 曝光后烘焙
滴胶
4. 前烘
5. 装片
6.装掩膜版（光刻板）
6. 装掩膜版（光刻板）
7.对准+曝光
8. 后烘，显影+定影
显影前后
光刻的基本概念
光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为
是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路/器 件结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结 构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外 光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用 光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。
线宽 间距 光刻胶
厚度
衬底 光刻胶的三维图形
光刻技术的基本要求
1、高分辨率
随着集成电路集成度的提高，特征尺寸越来越 小要求实现掩模图形高水平转移的光学系统分辨率必须越高。 指光刻胶的感光速度，希望光刻工序 的周期越短越好，减小曝光所需的时间就必须使用高灵敏度 的光刻胶。 区与暗区的能力大小的指标。从理论上说，光刻胶的对比度 会直接影响曝光后光刻胶图形的倾角和线宽
除没有被光刻胶保护的氧化硅表面，如
图4(b)所示。最后，使用化学溶剂或等离 子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。图
(c)显示光刻步骤之后，没有氧化层区域
(一个窗户)的最终结果。晶片此时已经完 成准备工作，可接着用扩散或离子注入。
步骤形成p-n结。
导入—PN结的制作
扩散：在扩散方法中，没有被SiO2保护
清除之污染物
有机污染物 洗清 微粒 洗清 金属离子
6
7 8
D.I. H2O
HF+H2O (1:50) D.I. H2O
室溫
室溫 室溫
洗清
自然氧化层 洗清
成底膜技术
烘焙后硅片马上要用六甲基二胺烷(HMDS)成底膜,它起到提高
使表面具有疏水性并且增强基底表面跟光刻胶的粘附力。
硅片成底膜处理的一个重要方面在于成底膜后要尽快涂胶,使
踩 到 鞋 跟
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第五步：戴好乳胶手套； 注意事项： ◆乳胶手套分大（L)、中 (M)、小(S)，请选用尺寸 合适的手套
√
乳 胶 手 套 尺 寸 过 大
◆穿戴流程示意图
√ √
√ √
◆其他注意事项
◆有污渍的工作服要及时清洗
◆脏的工鞋要及时清洗
◆不可以在工作服上随便乱涂写
◆干净洁白的工作服
用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻（lithography）是以一种被称为光刻胶的光敏感聚 合物为主要材料的照相制版技术。集成电路发明至今， 电路集成度提高了六个数量级以上，主要归功于光刻技 术的进步。
遮蔽式曝光
光学曝光
投影式曝光 曝光方式
电子束曝光
Xห้องสมุดไป่ตู้射线曝光 非光学曝光 超紫外光曝光
至真空泵 滴胶头
真空吸盘 与转动电机连接 的转杆
旋转涂布光刻胶的4个步骤
1) 滴胶
2) 慢速旋转
3) 快速甩掉 多余的胶
4) 溶剂挥发
旋转涂胶结果检查和处理
1： 表面干净，均匀，光亮；

对比：负性光刻胶在显影时容易变形和膨胀，只适用于大尺
寸的电路，而正性光刻胶则更加的优良。
光刻胶的成分
溶剂: (Solvent ) 使光刻胶具有流动性 树脂: (Resin) 作为粘合剂的聚合物的混合 物,给予光刻胶机械和化学性 质 感光剂: （正胶：PAG 负胶： 环化聚异戊二烯） 光敏产酸溶剂 对于正胶：曝光后产酸使胶酸解； 对于负胶：曝光后可以促使胶发 生铰链反应。 添加剂：（稳定剂，染色剂， 表面活性剂） 控制光刻胶材料的特殊性质