集成电路制造工艺光刻技术的历史演化课件

IntroductiontoMicro-Electro-MechanicalSystems

哈尔滨工业大学超精密光电仪器与工程研究所金鹏教授IntroductiontoMicro-Electro-1微光刻与电子束光刻技术微光刻与电子束光刻技术2信息产业计算机移动通讯网络系统数码技术卫星通讯卫星电视接收机视频音频航天测控航空电脑手机汽车影像带动整个CPU内存闪存InformationTechnology

微光刻与微纳米加工技术进步促进集成电路制造业发展IntegratedCircuitMicroLithographyMicro-NanoFacturing信息计算机移动通讯网络系统数码技术卫星通讯卫星电视视频音频航3基础工艺单元技术芯片器件系统基础工艺单元技术芯片器件系统4自从1958年世界上出现第一块平面集成电路开始算起，在短短的五十年中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造了人间奇迹。人类社会、世界、科学、未来都离不开微电子。作为微电子技术工艺基础的微光刻技术与微纳米加工技术是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。

1980年左右曾经有人预言：光刻线宽不能小于1微米

1989年曾经有预言：到1997年光刻技术将走到尽头

1994年也曾经有比较乐观的长期预测，2007年线宽达到0.1微米（保守的预计为0.5微米）

这些预测都被光刻技术神话般的进步的步伐远远抛在后头！过去的几十年中证明，只要通过光刻技术的专家们的努力，就有办法实现当时看来已经超过现有光刻工艺物理极限的加工精度，不断地编写着新的神话。自从1958年世界上出现第一块平面集成5中国微电子与微光刻技术

发展的历程DevelopmentalcourseofMicro-Electronics&Micro-LithographyTechnologyinChina中国微电子与微光刻技术

发展的历程Developmental61968197119741977198019831986

198919921995199820012004200720102013201616K1M16M1G16G光刻工艺特征尺寸芯片集成度

1×1012256×10964×10916×1094×1091×109256×10664×10616×1064×1061×106256×10364×10316×1034×1031×103开展PSM，OPC，OAI，PXL，PEL，EUV，EPL，ML2研究8.0um5.0um3.0um2.0um1.3um0.8um0.5um0.35um0.25um0.18um0.13um90nm65nm45nm32nm22nm1986年最细线宽0.5um◆1995年最细线宽0.18um◆◆2004年最细线宽22～50nm1980年最细线宽1.0um◆尽管设备条件落后，但我们的微纳加工技术始终紧紧咬住国际先进水平!!移相掩模研究达

0.18～0.2um◆3〞4〞6〞12〞12〞6〞5〞4〞3〞◆5〞8〞◆◆中国研究实验室在中国的产业世界产业8〞546nmE线--10um半自动精缩机与劳动牌光刻机超微粒干板

E线+G线10-2.0um自动精缩机与劳动牌光刻机超微粒干板+铬板

E线+G线2.0--0.5umGCA3600+3696+ASML1500投影光刻365nmI线0.08--0.28umASML5000投影光刻+电子束制版248nmKrF0.5--0.13umJBX5000LS

电子束光刻

PSM+OPC+OAIMEBES4700S电子束19681971197419771980198371968197119741977198019831986

198919921995199820012004200720102013201616K1M16M1G16G光刻工艺特征尺寸芯片集成度

1×1012256×10964×10916×1094×1091×109256×10664×10616×1064×1061×106256×10364×10316×1034×1031×103开展PSM，OPC，OAI，PXL，PEL，EUV，EPL，ML2研究8.0um5.0um3.0um2.0um1.3um0.8um0.5um0.35um0.25um0.18um0.13um90nm65nm45nm32nm22nm1986年最细线宽0.5um◆1995年最细线宽0.18um◆◆2004年最细线宽22～50nm1980年最细线宽1.0um◆移相掩模研究达

0.18～0.2um◆3〞4〞6〞12〞12〞6〞5〞4〞3〞◆5〞8〞◆◆中国研究实验室在中国的产业世界产业8〞196819711974197719801983815nmHighbeamcurrentexposure(100kV)

(500nmpitchL/Spattern

writingwith1μmthickresist)10nm100kV600pAHSQ(30nm)6400μC/cm2100kV

；100nm

ZEP520；50nmpitch32295μC/cm2100pANickel-chromiumlift-off

BeamCurrent:15nASensitivity:3210μC/cm2Designedpatternwidth:48nmScanningStep:16nmWritingresult:100nmBeamCurrent:100nASensitivity:1792μC/cm2Designedpatternwidth:1nmScanningStep:42nmWritingresult:250nm10nmCDUniformitywithin500μmfield

(40nmpitchL&S)电子束光刻15nmHighbeamcurrentexposur9CMOS器件和电路直写实验实验条件：电压100KV；曝光束流6nA；扫描步距4nm；抗蚀剂厚度170nm；（Fox14：MIBK=1：1）2000转60秒；TMAH2.38%显影，23℃，5分钟；灵敏度3200uC/cm2CMOS器件和电路直写实验实验条件：电压100KV；曝光束流10五十年代半导体制造基本工艺材料的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史发明半导体材料世界第一台电子管计算机ENIAC世界第一台机械计算机

贝尔实验室发明世界第一只点接触晶体管1947那时的我国制版光刻还是个空白我国半导体技术教育和科研还处在起步阶段五世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史发明半导体材料11五十年代半导体制造基本工艺材料的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史发明重氮萘醌酚醛树脂系光刻胶发表集成电路设想结型晶体管诞生开创聚乙烯醇肉桂酸酯系光刻胶发明场效应晶体管奥耳发明离子注入工艺19501956周总理主持制定“十年科学技术发展远景规划纲要”半导体科技等列为国家重要科技项目。北大复旦南大厦大东北人大等五校在北大成立联合半导体专门化;中国科学院应用物理所成立半导体研究室黄昆,谢希德,林兰英,王守武我国研制成功第一只锗合金晶体管

1956富勒提出扩散结工艺五世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史发明重氮萘醌酚12五十年代半导体制造基本工艺材料的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史世界第一台晶体管计算机TX-O

提出光刻工艺仙童第一只商品化原始平面晶体管生产出环化橡胶双叠氮系光刻胶德州仪器研制成功世界第一块数字集成电路（锗）仙童半导体研制世界第一块适用单结构硅芯片集成电路1959我国建立第一条半导体实验线研制成功锗合金晶体三极管建立109厂(微电子所前身）研制的锗合金晶体三极管和磁膜存贮器用于109丙计算机19571958五世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史世界第一台晶体13六十年代半导体从实验室走向生产的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史卢耳发明外延生长工艺研制出外延平面晶体管1964MOSIC制造工艺研制出12个元件基础IC模块世界第一台IC计算机IBM-360发明化学气相淀积技术仙童提出互补金属氧化物半导体场效应晶体CMOSIC制造工艺研制成功MOSFET人工为主的制版光刻技术萌芽年代沿用古老传统的照相术及显微镜缩小曝光，人工光刻，坐标纸+喷黑漆铜板纸+手术刀，精度和特征尺寸为几十微米我国成立中国科学院半导体研究所和河北半导体研究所我国研制成功第一只硅平面晶体管1964六世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史卢耳发明外延生14六十年代半导体从实验室走向生产的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史1968提出摩尔定律1965研制出100个元件的小规模集成电路（SSI）1000个元件的中规模集成电路（MSI）研制成功CMOS门阵列（50门）世界第一条2英寸集成电路生产线GCA公司开发出光学图形发生器(PG)和分步重复精缩机（PR）我国研制成功第一块硅平面数字集成电路1965我国研制成功第一台第三代计算机我国研制成功PMOS集成电路NMOS集成电路开发超微粒感光乳胶湿板制造工艺技术开发超微粒感光乳胶干板制造工艺技术制造第一批接触式曝光小掩模版六世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史1968提出摩15七十年代大规模集成电路制造设备的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史研制出1024位DRAM进入LSI时代（8微米工艺）BellWestern开发出激光扫描图形发生器研制出第一块微处理器Intel4004

世界第一条3英寸集成电路生产线斯皮勒等发明光刻工艺我国研制成功CMOS集成电路19711972我国进入大规模集成电路(LSI)研制时代我国也投入大量的人力物力研制大型刻绘图机、大型照相机、图形发生器、超微粒干版E线精缩机和接触式光刻机制版光刻精度1微米、特征尺寸为十微米七世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史研制出102416七十年代大规模集成电路制造设备的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史19751973年半导体设备和材料国际组织（SEMI）举行第一次国际标准化会议相继开发出电子束曝光机、投影光刻机、离子注入机、洁净室等关键工艺设备技术世界第一条4英寸集成电路生产线Dennard提出等比例缩小定律推出第一块CMOS微处理器1802我国研制成功1024位DRAM1975北京大学研制成功我国第一台100万次计算机1975中科院研制成功我国第一台1000万次计算机1976七世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史197519717七十年代大规模集成电路制造设备的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史197916K位DRAM和4K位SRAM问世研制出64K位DRAM世界进入VLSI时代IBM推出世界第一台PC机（Intel8088）我国研制成功4096位N沟DRAMGaAs单片IC1978我国第一条2英寸集成电路生产线我国研制成1024位PMOSGaAs场效应DRAM19771978七世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史197916K18七十年代大规模集成电路制造设备的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史197916K位DRAM和4K位SRAM问世研制出64K位DRAM世界进入VLSI时代IBM推出世界第一台PC机（Intel8088）我国研制成功4096位N沟DRAMGaAs单片IC1978我国第一条2英寸集成电路生产线我国研制成1024位PMOSGaAs场效应DRAM19771978七世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史197916K19八十年代集成电路进入自动化大生产的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史研制出256KDRAM和64KCMOSSRAM1980研制出世界上第一台便携式计算机OsborneI1981世界第一条5英寸集成电路生产线198216位微处理器1.5微米工艺80286CPU80C86CPU1MDRAM1984我国研制成功1024位SRAM；8位微处理器研制成4096位SRAM;16KDRAM研制成硅栅CMOS1024位DRAM我国第一条3英寸集成电路生产线江南无线电器材（742）1980国务院成立计算机和IC领导小组1984改名为国务院电子振兴领导小组;提出建立南北基地航天点1984八世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史研制出256K20八十年代集成电路进入自动化大生产的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史19871987开发出准分子激光光源的曝光工艺研制出32位微处理器1微米工艺研制出4MDRAM世界进入集成度达1亿个单元的极大规模集成电路（ULSI）时代世界第一条6英寸集成电路生产线80386CPU20MHz我国研制成功64KDRAM研制成16KSRAM；16位微处理器1985我国引进一批GCA光学曝光系统1985我国原国家标准局组织成立“SEMI标准研究与转化”协调小组，翻译出版SEMI标准1987中译版厦门七五IC普5发3攻1发展战略1986八世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史198719821八十年代集成电路进入自动化大生产的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史19891989研制出16M位DRAM，进入ULSI时代世界第一条8英寸集成电路生产线1988研制出32位80486微处理器25、50MHz1微米,

0.8微米

CMOS工艺120万个晶体管；1MBDRAM进入市场我国第一条4英寸集成电路生产线1988无锡八五IC战略研讨加快基地建设标志着我国也进入VLSI和微米级微细加工技术时代；掩模制造业形成规模,分辨率优于1.25微米以CAD制版为主八世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史198919822九十年代

特征尺寸向深亚微米推进的十年世界IC与微光刻发展史中国IC与微光刻发展史研制出64MDRAM1990研制出64位PentiumMMX微处理器133-200M0.6-0.35微米工艺19