半导体制造工艺中的光刻技术课件

1、半导体制造工艺中的光刻目录 半导体工艺概述光刻定义光刻工艺流程光刻胶光刻基本工艺半导体器件设计与制造的主要流程框架设计芯片检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试 物理原理概述晶体生长与圆晶制造热氧化光刻与刻蚀扩散与离子注入薄膜沉积测试与封装工艺集成半导体制造工艺图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等制膜：制作各种材料的薄膜涂光刻胶（正）选择曝光 光刻工艺流程显影（第 1 次图形转移）刻蚀（第 2 次图形转移）光刻胶正胶：曝光后可溶 分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：

2、曝光后不可溶 分辨率差，适于加工线宽3m的线条 3、涂胶 一般采用 旋涂法。涂胶的关键是控制胶膜的厚度与膜厚的均匀性。胶膜的厚度决定于光刻胶的粘度和旋转速度。 4、前烘（软烘） 目的是去除光刻胶中的大部分溶剂和稳定胶的感光特性。5.曝光几种常见的曝光方法接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(1025m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三种光刻方式掩膜版光学系统光源光刻胶硅片接触式接近式投影式 6、显影 将曝光后的硅片放到显影液中。

3、对于负胶，显影液将溶解掉未曝光区的胶膜；对于正胶，显影液将溶解曝光区的胶膜。几乎所有的正胶都使用碱性显影液，如 KOH 水溶液。 显影过程中光刻胶膜会发生膨胀。正胶的膨胀可以忽略，而负胶的膨胀则可能使图形尺寸发生变化。 显影过程对温度非常敏感。显影过程可影响光刻胶的对比度，从而影响光刻胶的剖面形状。 9、去胶 8、刻蚀 7、后烘（硬烘、坚膜） 目的是使胶膜硬化，提高其在后续工序中的耐腐蚀性。基本工艺Step1C涂胶 胶厚和胶厚的均匀性是光刻工艺中的关键参数。 胶越厚，分辨率就越低。 胶的厚度与转速的关系Step 1D.前烘作用：去除胶中的大部分溶剂，提高胶的粘附性，并使胶的曝光特性稳定。 典型

4、的前烘温度是90100，1030min.基本工艺Step 2: 对准与曝光对准是指与前面工艺形成的图形进行套准曝光的目的是要用尽可能短的时间使光刻胶充分感光，在显影后获得尽可能高的留膜率，近似垂直的光刻胶侧壁和可控的线宽。Unexposed area of photoresistsilicon substrateExposed area of photoresistoxidephotoresist基本工艺Step 3: 显影 (形成临时图案)显影就是用溶剂去除曝光部分（正胶）或未曝光部分（负胶）的光刻胶，在硅片上形成所需的光刻胶图形。正胶：显影液：含水的碱性显影液，如, TMAH (四甲基氢氧

5、化胺水溶液), KOH等。负胶显影液：二甲苯和抑制显影速率的缓冲剂。影响显影速率的因素：显影液的浓度、温度，光刻胶的前烘条件和曝光量silicon substrateoxidephotoresistphotoresist基本工艺Step 3: 显影 (形成临时图案)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.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

6、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100140，1030min。基本工艺Step 4: 形成永久图案 (Etch or Implant)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 silicon substrateoxideoxidesilicon substratephotoresist 基本工艺Step 5: 去除光刻胶:Step 5A: 去胶SiO2、SiN、多晶硅等非金属材料一般采用浓硫酸去胶。由于浓硫酸去胶时碳被还原析出，微小的碳粒会污染衬底表面，因而必须在浓硫酸中加入H2O2等强氧化剂，使碳被氧化为CO2溢出。浓硫酸与H2O2的比值为3:1酸性腐蚀液对铝、铬等金属具有较强的腐蚀作用，因此金属衬底的去胶需要专门的有机去胶剂。通常这类去胶剂中加入了三氯乙烯作为涨泡剂，因此去胶后要用三氯乙烯和甲醇进行中间清洗，由于去胶液和三氯乙烯都是有毒物质，处理比较困难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;过程中引入污染的可能性小;能与干法腐蚀在同一设备中进行;不损伤下层衬底S