半导体光刻工艺技术基础

半导体光刻工艺技术基础第1页，共84页，2023年，2月20日，星期一Contents半导体技术光刻技术在IC制造中的作用光刻的工艺流程光刻胶光刻机光源技术改进和新技术第2页，共84页，2023年，2月20日，星期一一、半导体技术半导体定义半导体发展历史第3页，共84页，2023年，2月20日，星期一半导体定义常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。半导体的应用，按照其制造技术可以分为：集成电路（IC）器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类第4页，共84页，2023年，2月20日，星期一半导体发展历史1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低（负电阻率温度特性）。这是半导体现象的首次发现。1839年，法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压--光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。1911年考尼白格和维斯首次定义半导体这个名词。1947年12月由贝尔实验室完成四特性的总结并最终应用。

第5页，共84页，2023年，2月20日，星期一二、光刻技术在IC制造中的作用何谓集成电路ICIC芯片剖面图单层制造流程简述光刻设备在IC制造中的作用第6页，共84页，2023年，2月20日，星期一何谓IC---集成电路IC:用硅的体电阻做电阻，用P-N结形成电容；所有有源和无源器件器件都集合到一个半导体材料上。1958年9月，TI公司的JackS.Kilby第一次将所有元器件（12个元件）都集合到一个的半导体材料上,产生第一块集成电路。2000年度荣获诺贝尔物理学奖。现在，超大规模集成电路，一个芯片可以容纳百万个元件。

第7页，共84页，2023年，2月20日，星期一第8页，共84页，2023年，2月20日，星期一IC芯片剖面图（多层）

N-WellP-WellP+P+N+N+IMD1IMD2M2M1V1MTPAOX

PASIONVIAALPadLocal(‘’Nano’’realm)IntermediateGlobalLithoKeylayers:STI、POLY、C.H.、M1图:一个CMOS器件的剖面示意图。

第9页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻设备在IC制造中的作用

----IC电路单层制造流程简介在wafer（晶圆）预检侧完毕被送到FAB的工艺线上后，先后在wafer表面生长出一层致密的SiO2膜和另外一层Si3N4膜，分别称为PADOxide和Nitride。NitridePADOxideSTI:shallowtrenchisolate浅沟槽隔离工艺第10页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻设备在IC制造中的作用

----IC电路单层制造流程简介NitridePRPADOxide

然后在两层膜的表面甩上光阻、曝光、显影，进而在wafer表面形成光阻的电路图形。第11页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻设备在IC制造中的作用

----IC电路单层制造流程简介

NitridePRPADOxide随后进入光阻图形转换至晶圆表面阶段：通过各种刻蚀工艺转换图形至晶圆表面。最后，将作为遮挡层的光阻（PR）剥离。到此第一层工艺完成。第12页，共84页，2023年，2月20日，星期一黃光薄膜刻蚀植入光阻去除流程说明图释薄膜(Thin_film)1.化学气相沉积(CVD)2.金屬溅镀(PVD)3.扩散(Diffusion)黃光(PHOTO)1.光罩(MASK)2.光阻(Coater)3.曝光(Exposure)4.显影(Development)刻蚀(ETCH)1.湿蚀刻(Wet-ETCH)2.干蚀刻(DRY-ETCH)光阻去除(PRremove)将光阻去除后就是我們所需的图形(PATTERN)FILMWaferWaferFILMWafer光阻FILMWafer光阻FILMWafer光罩光刻设备在IC制造中的作用

----IC电路单层制造流程简介25~45次litho65nm,>45层光刻决定CD第13页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻设备在IC制造中的作用由POLY工艺：集成电路的最小线宽决定于光刻设备的分辨率。它定义了半导体器件尺寸。光刻设备是IC制造中的核心设备。。。。Diffusiondepositionimplantetchingplatinglithography第14页，共84页，2023年，2月20日，星期一三、光刻的工艺流程光刻工艺光刻关键参数第15页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻工艺第16页，共84页，2023年，2月20日，星期一StandardLithoProcessWaferFlow(1)光刻工艺流程第17页，共84页，2023年，2月20日，星期一StandardLithoProcessWaferFlow(2)PRDeveloping52sPuddle,45sRinse

HardBake110ºC60SCooling23ºCSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmEtchingSiBaseIMD+++++++e-e-e-e-e-IonPlasmaSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmCDMeasurementCDCuCuIMD1SiBaseIMD2PRPROVLMeasurementADIinspection光刻工艺流程第18页，共84页，2023年，2月20日，星期一请大家思考两个问题：<1>国贸高楼，建筑师建造之的难度和关键点；<2>给你的朋友照像时，如何才能留下那美好的一瞬间，永久回忆？光刻关键参数第19页，共84页，2023年，2月20日，星期一Answer：<1>国贸高楼对准和线宽控制；<2>照像1）光线；2）好的底片；3）好的相机；4）失真？5）本人天生面目？光刻关键参数第20页，共84页，2023年，2月20日，星期一For

designrule:ResolutionLight

SourceDepthofFocus(DOF)LinearityLine-edgeRoughnessCD

UniformityOverlayAspectRatioResistfilmlossCDuniformityEtchSelectivityMicro-lithographyKeyparameterPRSiONFSGLSPitch=L+SLithoEquipmentSiNLithoChemistry光刻关键参数第21页，共84页，2023年，2月20日，星期一

CD（CriticalDimension）:LineWidth,SpaceWidthorHoleDiameterofspecifieddesignedpatterntomonitorphotoprocessconditionandresolutioncapability.光刻关键参数第22页，共84页，2023年，2月20日，星期一Overlay光刻关键参数第23页，共84页，2023年，2月20日，星期一TwoCriterions:CDv.s.Overlay光刻关键参数第24页，共84页，2023年，2月20日，星期一四、光刻胶光刻胶的组分光刻胶的种类光刻胶特性概要第25页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的组分第26页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的组分第27页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的组分第28页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的组分第29页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第30页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第31页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第32页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第33页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第34页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第35页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第36页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶的种类第37页，共84页，2023年，2月20日，星期一光刻胶特性概要第38页，共84页，2023年，2月20日，星期一五、光刻机概述接近式光刻机接触式光刻机步进式光刻机扫描式光刻机相关光学专题第39页，共84页，2023年，2月20日，星期一概述第40页，共84页，2023年，2月20日，星期一接触式光刻机第41页，共84页，2023年，2月20日，星期一接近式光刻机第42页，共84页，2023年，2月20日，星期一步进式光刻机第43页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第44页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第45页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第46页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第47页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第48页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第49页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第50页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第51页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第52页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第53页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第54页，共84页，2023年，2月20日，星期一相关光学专题第55页，共84页，2023年，2月20日，星期一六、光源光源要求光谱及光刻机光源下一代光源第56页，共84页，2023年，2月20日，星期一光源要求第57页，共84页，2023年，2月20日，星期一光谱及光刻机光源第58页，共84页，2023年，2月20日，星期一光谱及光刻机光源第59页，共84页，2023年，2月20日，星期一光谱及光刻机光源第60页，共84页，2023年，2月20日，星期一光谱及光刻机光源第61页，共84页，2023年，2月20日，星期一下一代光源第62页，共84页，2023年，2月20日，星期一七、技术改进和新技术概述OPC浸没式光刻NGL第63页，共84页，2023年，2月20日，星期一概述第64页，共84页，2023年，2月20日，星期一OPC第65页，共84页，2023年，2月20日，星期一OPC第66页，共84页，2023年，2月20日，星期一OPC第67页，共84