半導(dǎo)體光刻工藝技術(shù)基礎(chǔ)

1、半導(dǎo)體光刻工藝技術(shù)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Contents 半導(dǎo)體技術(shù)光刻技術(shù)在IC制造中的作用光刻的工藝流程光刻膠光刻機(jī)光源技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)第2頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二一、半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體定義 半導(dǎo)體發(fā)展歷史第3頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二半導(dǎo)體定義常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料，叫做半導(dǎo)體（semiconductor）半導(dǎo)體五大特性電阻率特性，導(dǎo)電特性，光電特性，負(fù)的電阻率溫度特性，整流特性。半導(dǎo)體的應(yīng)用，按照其制造技術(shù)可以分為：集

2、成電路（IC）器件，分立器件、光電半導(dǎo)體、邏輯IC、模擬IC、儲(chǔ)存器等大類(lèi)第4頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二半導(dǎo)體發(fā)展歷史1833年，英國(guó)巴拉迪最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的上升而降低（負(fù)電阻率溫度特性）。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。1839年，法國(guó)的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓-光生伏特效應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個(gè)特征。1874年，德國(guó)的布勞恩觀(guān)察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體所特有的第三種特性。1873年，英國(guó)的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這

3、是半導(dǎo)體又一個(gè)特有的性質(zhì)。 1911年考尼白格和維斯首次定義半導(dǎo)體這個(gè)名詞。1947年12月由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成四特性的總結(jié)并最終應(yīng)用。第5頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二二、光刻技術(shù)在IC制造中的作用何謂集成電路IC IC芯片剖面圖單層制造流程簡(jiǎn)述 光刻設(shè)備在IC制造中的作用 第6頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二何謂IC-集成電路IC:用硅的體電阻做電阻，用P-N結(jié)形成電容；所有有源和無(wú)源器件器件都集合到一個(gè)半導(dǎo)體材料上。1958年9月，TI公司的Jack S.Kilby第一次將所有元器件（12個(gè)元件）都集合到一個(gè)的半導(dǎo)體材料上,產(chǎn)生第一塊集成

4、電路。2000年度榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在，超大規(guī)模集成電路，一個(gè)芯片可以容納百萬(wàn)個(gè)元件。 第7頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二第8頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二IC芯片剖面圖（多層） N-WellP-WellP+P+N+N+IMD 1IMD2 M2M1V1MTPA OX PA SIONVIAAL Pad Local(Nano realm)Intermediate GlobalLitho Key layers:STI、 POLY、C.H.、M1圖:一個(gè)CMOS器件的剖面示意圖。 第9頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二

5、光刻設(shè)備在IC制造中的作用 -IC電路單層制造流程簡(jiǎn)介 在wafer（晶圓）預(yù)檢側(cè)完畢被送到FAB的工藝線(xiàn)上后，先后在wafer表面生長(zhǎng)出一層致密的SiO2膜和另外一層Si3N4膜，分別稱(chēng)為PAD Oxide和Nitride。NitridePAD OxideSTI: shallow trench isolate淺溝槽隔離工藝第10頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻設(shè)備在IC制造中的作用 -IC電路單層制造流程簡(jiǎn)介NitridePRPAD Oxide 然后在兩層膜的表面甩上光阻、曝光、 顯影，進(jìn)而在wafer表面形成光阻的電路圖形。 第11頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5

6、月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻設(shè)備在IC制造中的作用 -IC電路單層制造流程簡(jiǎn)介 NitridePRPAD Oxide隨后進(jìn)入光阻圖形轉(zhuǎn)換至晶圓表面階段：通過(guò)各種刻蝕工藝轉(zhuǎn)換圖形至晶圓表面。最后，將作為遮擋層的光阻（PR）剝離。到此第一層工藝完成。第12頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二黃光薄膜刻蝕植入光阻去除流程說(shuō)明圖釋薄膜(Thin_film)1.化學(xué)氣相沉積(CVD)2.金屬濺鍍(PVD)3.擴(kuò)散(Diffusion)黃光(PHOTO)1.光罩(MASK)2.光阻(Coater)3.曝光(Exposure)4.顯影(Development)刻蝕(ETCH)1.

7、濕蝕刻(Wet-ETCH)2.干蝕刻(DRY-ETCH)光阻去除(PR remove)將光阻去除后就是我們所需的圖形(PATTERN)FILMWaferWaferFILMWafer光阻FILMWafer光阻FILMWafer光罩光刻設(shè)備在IC制造中的作用 -IC電路單層制造流程簡(jiǎn)介2545次litho65nm,45層光刻決定CD第13頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻設(shè)備在IC制造中的作用由POLY工藝：集成電路的最小線(xiàn)寬決定于光刻設(shè)備的分辨率。它定義了半導(dǎo)體器件尺寸。光刻設(shè)備是IC制造中的核心設(shè)備。Diffusiondepositionimplantetching

8、platinglithography第14頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二三、光刻的工藝流程光刻工藝光刻關(guān)鍵參數(shù)第15頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻工藝第16頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Standard Litho Process Wafer Flow ( 1 ) 光刻工藝流程第17頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Standard Litho Process Wafer Flow ( 2 ) PR Developing 52s Puddle ,45s Rinse Hard Bake

9、 110 C 60 S Cooling 23 CSi BaseIMD FilmSi BaseIMD FilmSi BaseIMD Film Etching Si BaseIMD+ + + + + + + e-e-e-e-e- Ion PlasmaSi BaseIMD FilmSi BaseIMD Film CD Measurement CDCuCu IMD 1 Si Base IMD2PRPROVL Measurement ADI inspection 光刻工藝流程第18頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二請(qǐng)大家思考兩個(gè)問(wèn)題： 國(guó)貿(mào)高樓，建筑師建造之的難度和關(guān)鍵點(diǎn)； 給你

10、的朋友照像時(shí)，如何才能留下那美好的一瞬間，永久回憶？ 光刻關(guān)鍵參數(shù)第19頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Answer： 國(guó)貿(mào)高樓對(duì)準(zhǔn)和線(xiàn)寬控制； 照像1）光線(xiàn)；2）好的底片；3）好的相機(jī)；4）失真？5）本人天生面目？ 光刻關(guān)鍵參數(shù)第20頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二For design rule: Resolution Light Source Depth of Focus(DOF)LinearityLine-edge RoughnessCD UniformityOverlayAspect RatioResist film lossCD u

11、niformity Etch SelectivityMicro-lithography Key parameterPRSiON FSG LSPitch = L + SLitho EquipmentSiN Litho Chemistry 光刻關(guān)鍵參數(shù)第21頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二 CD （Critical Dimension）: Line Width,Space Width or Hole Diameter of specified designed pattern to monitor photo process condition and resolutio

12、n capability. 光刻關(guān)鍵參數(shù)第22頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Overlay 光刻關(guān)鍵參數(shù)第23頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二Two Criterions: CD v.s. Overlay 光刻關(guān)鍵參數(shù)第24頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二四、光刻膠光刻膠的組分光刻膠的種類(lèi)光刻膠特性概要第25頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的組分第26頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的組分第27頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二

13、光刻膠的組分第28頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的組分第29頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第30頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第31頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第32頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第33頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第34頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第35頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分

14、，星期二光刻膠的種類(lèi)第36頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠的種類(lèi)第37頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光刻膠特性概要第38頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二五、光刻機(jī)概述接近式光刻機(jī)接觸式光刻機(jī)步進(jìn)式光刻機(jī)掃描式光刻機(jī)相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第39頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二概述第40頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二接觸式光刻機(jī)第41頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二接近式光刻機(jī)第42頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二步進(jìn)

15、式光刻機(jī)第43頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第44頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第45頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第46頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第47頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第48頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第49頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第50頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星

16、期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第51頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第52頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第53頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第54頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二相關(guān)光學(xué)專(zhuān)題第55頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二六、光源光源要求光譜及光刻機(jī)光源下一代光源第56頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光源要求第57頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光譜及光刻機(jī)光源第58頁(yè)，共84頁(yè)，2

17、022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光譜及光刻機(jī)光源第59頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光譜及光刻機(jī)光源第60頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二光譜及光刻機(jī)光源第61頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二下一代光源第62頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二七、技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)概述OPC浸沒(méi)式光刻N(yùn)GL第63頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二概述第64頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二OPC第65頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星

18、期二OPC第66頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二OPC第67頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二OPC第68頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第69頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第70頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第71頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第72頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第73頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第74頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第75頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第76頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二浸沒(méi)式光刻第77頁(yè)，共84頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)30分，星期二下一代光刻技術(shù)（NGL）