半導(dǎo)體制造工藝中的光刻技術(shù)課件

1、半導(dǎo)體制造工藝中的光刻目錄 半導(dǎo)體工藝概述光刻定義光刻工藝流程光刻膠光刻基本工藝半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架設(shè)計(jì)芯片檢測(cè)單晶、外延材料掩膜版芯片制造過程封裝測(cè)試 物理原理概述晶體生長與圓晶制造熱氧化光刻與刻蝕擴(kuò)散與離子注入薄膜沉積測(cè)試與封裝工藝集成半導(dǎo)體制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制作各種材料的薄膜涂光刻膠（正）選擇曝光 光刻工藝流程顯影（第 1 次圖形轉(zhuǎn)移）刻蝕（第 2 次圖形轉(zhuǎn)移）光刻膠正膠：曝光后可溶 分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠負(fù)膠：

2、曝光后不可溶 分辨率差，適于加工線寬3m的線條 3、涂膠 一般采用 旋涂法。涂膠的關(guān)鍵是控制膠膜的厚度與膜厚的均勻性。膠膜的厚度決定于光刻膠的粘度和旋轉(zhuǎn)速度。 4、前烘（軟烘） 目的是去除光刻膠中的大部分溶劑和穩(wěn)定膠的感光特性。5.曝光幾種常見的曝光方法接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(1025m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三種光刻方式掩膜版光學(xué)系統(tǒng)光源光刻膠硅片接觸式接近式投影式 6、顯影 將曝光后的硅片放到顯影液中。

3、對(duì)于負(fù)膠，顯影液將溶解掉未曝光區(qū)的膠膜；對(duì)于正膠，顯影液將溶解曝光區(qū)的膠膜。幾乎所有的正膠都使用堿性顯影液，如 KOH 水溶液。 顯影過程中光刻膠膜會(huì)發(fā)生膨脹。正膠的膨脹可以忽略，而負(fù)膠的膨脹則可能使圖形尺寸發(fā)生變化。 顯影過程對(duì)溫度非常敏感。顯影過程可影響光刻膠的對(duì)比度，從而影響光刻膠的剖面形狀。 9、去膠 8、刻蝕 7、后烘（硬烘、堅(jiān)膜） 目的是使膠膜硬化，提高其在后續(xù)工序中的耐腐蝕性。基本工藝Step1C涂膠 膠厚和膠厚的均勻性是光刻工藝中的關(guān)鍵參數(shù)。 膠越厚，分辨率就越低。 膠的厚度與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Step 1D.前烘作用：去除膠中的大部分溶劑，提高膠的粘附性，并使膠的曝光特性穩(wěn)定。 典型

4、的前烘溫度是90100，1030min.基本工藝Step 2: 對(duì)準(zhǔn)與曝光對(duì)準(zhǔn)是指與前面工藝形成的圖形進(jìn)行套準(zhǔn)曝光的目的是要用盡可能短的時(shí)間使光刻膠充分感光，在顯影后獲得盡可能高的留膜率，近似垂直的光刻膠側(cè)壁和可控的線寬。Unexposed area of photoresistsilicon substrateExposed area of photoresistoxidephotoresist基本工藝Step 3: 顯影 (形成臨時(shí)圖案)顯影就是用溶劑去除曝光部分（正膠）或未曝光部分（負(fù)膠）的光刻膠，在硅片上形成所需的光刻膠圖形。正膠：顯影液：含水的堿性顯影液，如, TMAH (四甲基氫氧

5、化胺水溶液), KOH等。負(fù)膠顯影液：二甲苯和抑制顯影速率的緩沖劑。影響顯影速率的因素：顯影液的濃度、溫度，光刻膠的前烘條件和曝光量silicon substrateoxidephotoresistphotoresist基本工藝Step 3: 顯影 (形成臨時(shí)圖案)Step 3A 曝光后烘焙 :g line, i line，減小駐波效應(yīng)。 DUV, 是光敏產(chǎn)酸物與聚合物鏈反應(yīng)完成曝光過程的關(guān)鍵工藝。Step 3B 濕化學(xué)顯影: 溶解曝光區(qū)的光刻膠Step 3C DI 水漂洗: 結(jié)束顯影Step 3D 顯影檢查: 對(duì)準(zhǔn)校驗(yàn)和各種缺陷.返工: 如果確定有缺陷和其他問題 ，晶片并不需要廢棄，可以去除

6、光刻膠,再重做。這個(gè)工藝對(duì)晶片幾乎沒有損害.Step 3E 后烘（堅(jiān)膜）: 目的：去除顯影后膠層內(nèi)殘留的溶劑，使膠膜堅(jiān)固，同時(shí)提高粘附力和抗蝕。 烘烤條件100140，1030min?；竟に嘢tep 4: 形成永久圖案 (Etch or Implant)蝕刻: 用濕化學(xué)或者等離子來除去底層的沒有覆蓋光刻膠的薄膜 離子注入 (not shown): 在沒有覆蓋光刻膠的區(qū)域注入摻雜雜質(zhì) silicon substrateoxideoxidesilicon substratephotoresist 基本工藝Step 5: 去除光刻膠:Step 5A: 去膠SiO2、SiN、多晶硅等非金屬材料一般采用濃硫酸去膠。由于濃硫酸去膠時(shí)碳被還原析出，微小的碳粒會(huì)污染襯底表面，因而必須在濃硫酸中加入H2O2等強(qiáng)氧化劑，使碳被氧化為CO2溢出。濃硫酸與H2O2的比值為3:1酸性腐蝕液對(duì)鋁、鉻等金屬具有較強(qiáng)的腐蝕作用，因此金屬襯底的去膠需要專門的有機(jī)去膠劑。通常這類去膠劑中加入了三氯乙烯作為漲泡劑，因此去膠后要用三氯乙烯和甲醇進(jìn)行中間清洗，由于去膠液和三氯乙烯都是有毒物質(zhì)，處理比較困難目前使用的干法去膠和紫外光分解去膠干法去膠與濕法去膠相比有以下優(yōu)點(diǎn):操作簡單安全;過程中引入污染的可能性小;能與干法腐蝕在同一設(shè)備中進(jìn)行;不損傷下層襯底S