半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理與流程課件

1、半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程摻雜光 刻刻 蝕鍍膜刻蝕 擴(kuò)散摻雜離子注入摻雜物理氣相淀積化學(xué)氣相淀積氧化半導(dǎo)體制作工藝3.1概述封裝線焊倒裝焊TSV半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程生活的中類半導(dǎo)體工藝掩膜+腐蝕掩膜+光照濺射+電鍍半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻中.半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程微納器件需要怎樣的加工環(huán)境？50 um100 um0.01 um-5 um粉塵 ： 1-100 um灰塵 ： 2-100 um霧霾 ： 10um什么是 PM2.5？半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程更衣間風(fēng)淋室工作間1工作間2傳遞倉超

2、凈間的組成及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程超凈服的穿戴半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程第一步：戴上口罩；注意事項(xiàng)：穿戴前把頭發(fā)扎好，衣服整理好；戴口罩時(shí)可以露出鼻子。 戴口罩時(shí)可以露出鼻子工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程第二步：戴上工帽；注意事項(xiàng)： 需要把紐扣扣好 不能有頭發(fā)外露。頭發(fā)外露工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程第三步：穿戴工衣； 注意事項(xiàng)：工帽需要被工衣完 全覆蓋需要扣好紐扣。工帽外露，紐扣沒有扣好工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程第四步：穿戴工褲、工鞋；注意事項(xiàng)：選用合適

3、的工鞋，穿工鞋時(shí)不能踩到鞋跟。踩到鞋跟工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程第五步：戴好乳膠手套；注意事項(xiàng)：乳膠手套分大（L)、中(M)、小(S)，請(qǐng)選用尺寸合適的手套乳膠手套尺寸過大工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程穿戴流程示意圖半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程有污漬的工作服要及時(shí)清洗臟的工鞋要及時(shí)清洗不可以在工作服上隨便亂涂寫干凈潔白的工作服其他注意事項(xiàng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程氧化：高品質(zhì)SiO2的成功開發(fā)，是推動(dòng)硅(Si)集成電路成為商用產(chǎn)品主流的一大動(dòng)力。一般說來， SiO2可作為許多器件結(jié)構(gòu)的絕緣體，或在器件制作過程中作為擴(kuò)散或離子注入

4、的阻擋層。如在p-n結(jié)的制造過程中， SiO2薄膜可用來定義結(jié)的區(qū)域。圖 (a)顯示一無覆蓋層的硅晶片，正準(zhǔn)備進(jìn)行氧化步驟。在氧化步驟結(jié)束后，一層SiO2就會(huì)均勻地形成在晶片表面。為簡(jiǎn)化討論，圖 (b)只顯示被氧化晶片的上表層。導(dǎo)入PN結(jié)的制作為什么要學(xué)習(xí)光刻？半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻：技術(shù)被用來界定p-n結(jié)的幾何形狀。在形成SiO2之后。利用高速旋轉(zhuǎn)機(jī)，將晶片表面旋涂一層對(duì)紫外光敏感的材料，稱為光刻膠(photo-resist)。將晶片從旋轉(zhuǎn)機(jī)拿下之后圖 (c)，在80C100C之間烘烤。以驅(qū)除光刻膠中的溶劑并硬化光刻膠，加強(qiáng)光刻膠與晶片的附著力。如圖 (d)所示，下一個(gè)步驟使用

5、UV光源，通過一有圖案的掩模版對(duì)晶片進(jìn)行曝光。對(duì)于被光刻膠覆蓋的晶片在其曝光的區(qū)域?qū)⒁罁?jù)光刻膠的型態(tài)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。而被暴露在光線中的光刻膠會(huì)進(jìn)行聚合反應(yīng)，且在刻蝕劑中不易去除。聚合物區(qū)域在晶片放進(jìn)顯影劑(developer)后仍然存在，而未被曝光區(qū)域(在不透明掩模版區(qū)域之下)會(huì)溶解并被洗去。導(dǎo)入PN結(jié)的制作半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 刻蝕氧化層： 圖 (a)為顯影后的晶片。晶片再次于120180 之間烘烤20min，以加強(qiáng)對(duì)襯底的附著力和即將進(jìn)行的刻蝕步驟的抗蝕能力。然后，使用緩沖氫氟酸作酸刻蝕液來移除沒有被光刻膠保護(hù)的氧化硅表面，如圖4(b)所示。最后，使用化學(xué)溶劑或等離子體氧化系統(tǒng)剝

6、離(stripped)光刻膠。圖 (c)顯示光刻步驟之后，沒有氧化層區(qū)域(一個(gè)窗戶)的最終結(jié)果。晶片此時(shí)已經(jīng)完成準(zhǔn)備工作，可接著用擴(kuò)散或離子注入。步驟形成p-n結(jié)。導(dǎo)入PN結(jié)的制作半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程擴(kuò)散：在擴(kuò)散方法中，沒有被SiO2保護(hù)的半導(dǎo)體表面暴露在相反型態(tài)的高濃度雜質(zhì)中。雜質(zhì)利用固態(tài)擴(kuò)散的方式，進(jìn)入半導(dǎo)體晶格。在離子注入時(shí)，將欲摻雜的雜質(zhì)離子加速到一高能級(jí)，然后注入半導(dǎo)體內(nèi)。 SiO2可作為阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散或離子注入的阻擋層。在擴(kuò)散或離子注入步驟之后，p-n結(jié)已經(jīng)形成，如圖(d)所示。由于被注入的離子橫向擴(kuò)散或橫向散開(lateral straggle，又譯橫向游走)的關(guān)系，P

7、型區(qū)域會(huì)比所開的窗戶稍微寬些。導(dǎo)入PN結(jié)的制作半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程金屬薄膜沉積：在擴(kuò)散或離子注入步驟之后，歐姆接觸和連線在接著的金屬化步驟完成圖 (e)。金屬薄膜可以用物理氣相淀積和化學(xué)氣相淀積來形成。光刻步驟再度用來定義正面接觸點(diǎn)，如圖 (f)所示。一相似的金屬化步驟可用來定義背面接觸點(diǎn)，而不用光刻工藝。一般而言，低溫(500。C)的退火步驟用來促進(jìn)金屬層和半導(dǎo)體之間的低電阻接觸點(diǎn)。隨著金屬化的完成，p-n結(jié)已經(jīng)可以工作了。導(dǎo)入PN結(jié)的制作半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 圖形轉(zhuǎn)移(pattern transfer)是微電子工藝的重要基礎(chǔ)，其作用是使器件和電路的設(shè)計(jì)從圖紙或工作站

8、轉(zhuǎn)移到基片上得以實(shí)現(xiàn)，我們可以把它看作是一個(gè)在襯底上建立三維圖形的過程，包括光刻和刻蝕兩個(gè)步驟。 光刻 (lithography，又譯圖形曝光 )：使用帶有某一層設(shè)計(jì)幾何圖形的掩模版(mask)，通過光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過曝光和顯影，使光敏的光刻膠在襯底上形成三維浮雕圖形。將圖案轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體晶片上的感光薄膜層上(稱為光致光刻膠、光刻膠或光阻，resist，簡(jiǎn)稱光刻膠)的一種工藝步驟。 刻蝕：在光刻膠或者阻擋層的掩蔽下，根據(jù)需要形成微圖形的膜層不同，采用不同的刻蝕物質(zhì)和方法在膜層上進(jìn)行選擇性刻蝕。導(dǎo)入光刻和刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻（lithography）是以一種被稱為光刻膠的光

9、敏感聚合物為主要材料的照相制版技術(shù)。集成電路發(fā)明至今，電路集成度提高了六個(gè)數(shù)量級(jí)以上，主要?dú)w功于光刻技術(shù)的進(jìn)步。非光學(xué)曝光光學(xué)曝光 遮蔽式曝光 投影式曝光曝光方式電子束曝光X 射線曝光超紫外光曝光離子束曝光半導(dǎo)體微納工藝之-光刻工藝半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻工藝的重要性： a. 微/光電子制造需進(jìn)行多次光刻； b. 耗費(fèi)總成本的30； c. 最復(fù)雜、最昂貴和最關(guān)鍵的工藝。 半導(dǎo)體微納工藝之-光刻工藝半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程準(zhǔn)備光刻膠（光刻膠的保存）低溫黑暗條件下保存半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程1. 準(zhǔn)備硅片（清洗）+噴涂粘附劑半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程2. 噴涂粘附

10、劑（HMDS 六甲基二硅胺）半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程3. 滴膠+甩膠滴膠半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程4. 前烘半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程5. 裝片半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程6.裝掩膜版（光刻板）半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程6. 裝掩膜版（光刻板）半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程7.對(duì)準(zhǔn)+曝光半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程8. 后烘，顯影+定影半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程顯影前后半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻的基本概念光刻的本質(zhì)：光刻處于硅片加工過程的中心，光刻常被認(rèn)為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟。光刻的本質(zhì)就是把臨時(shí)電路/器件結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進(jìn)行刻蝕和離子注

11、入的硅片上。這些結(jié)構(gòu)首先以圖形的形式制作在名為掩膜版的石英膜版上。紫外光透過掩膜版把圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻膠材料和可控制的曝光在硅片表面形成三維圖形。線寬間距厚度襯底光刻膠光刻膠的三維圖形半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻技術(shù)的基本要求 1、高分辨率 隨著集成電路集成度的提高，特征尺寸越來越小要求實(shí)現(xiàn)掩模圖形高水平轉(zhuǎn)移的光學(xué)系統(tǒng)分辨率必須越高。2、高靈敏度的光刻膠 指光刻膠的感光速度，希望光刻工序的周期越短越好，減小曝光所需的時(shí)間就必須使用高靈敏度的光刻膠。3、高對(duì)比度的光刻膠 對(duì)比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模版上亮區(qū)與暗區(qū)的能力大小的指標(biāo)。從理論上說，光刻膠的對(duì)比度會(huì)直接

12、影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬4、套刻對(duì)準(zhǔn)精度 在電路制造過程中要進(jìn)行多次的光刻，每次光刻都要進(jìn)行嚴(yán)格的套刻。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程分辨率 分辨率是指每毫米寬度內(nèi)能夠光刻出可分辨的最多線對(duì)數(shù)，它是對(duì)光刻工藝可以達(dá)到的最小圖形尺寸的一種描述。在線寬 L 與線條間距相等的情況下，分辨率為： ，光刻分辨率受光刻系統(tǒng)、光刻膠和光刻等多方面因素影響對(duì)比度 對(duì)比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模版上亮區(qū)與暗區(qū)的能力大小的指標(biāo)。從理論上說，光刻膠的對(duì)比度會(huì)直接影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬。 為測(cè)量光刻膠的對(duì)比度，可以將一定厚度的光刻膠在不同輻照劑量下曝光，測(cè)量顯影后剩余光刻膠的厚度（留膜率），利用留膜率

13、與曝光劑量的關(guān)系曲線進(jìn)行計(jì)算。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 對(duì)于負(fù)膠，存在一個(gè)臨界曝光劑量 D0。曝光劑量小于D0時(shí)，負(fù)膠在顯影液中完全可溶，不會(huì)形成曝光圖形。曝光劑量達(dá)臨界值后，感光區(qū)剩余膜厚隨曝光劑量增大而增大。 當(dāng)曝光劑量達(dá)到 D100 以上時(shí)，感光區(qū)剩余膜厚最終達(dá)到初始時(shí)負(fù)膠的厚度。因此，負(fù)膠的對(duì)比度取決于曲線的曝光劑量取對(duì)數(shù)坐標(biāo)之后得到的斜率。負(fù)膠光刻膠對(duì)比度曲線曝光劑量光刻膠留膜率負(fù)膠的對(duì)比度半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 正膠的感光區(qū)剩余膜厚與曝光劑量的關(guān)系如右圖所示。D0為感光區(qū)光刻膠在顯影液中完全不溶，即在光刻膠上不產(chǎn)生曝光圖形所允許的最大曝光劑量。D100為感光區(qū)光刻

14、膠在顯影液中完全可溶所需的最小曝光劑量?？梢钥闯觯泄鈪^(qū)剩余膜厚隨曝光劑量的增加逐漸減小。對(duì)比度與該曲線外推斜率的絕對(duì)值有關(guān)： 曝光劑量光刻膠留膜率正膠光刻膠對(duì)比度曲線正膠的對(duì)比度半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻工藝光刻工藝包括兩種基本的工藝類型：負(fù)性光刻和正性光刻。這兩種基本工藝的主要區(qū)別在于所使用的光刻膠的類型不同。負(fù)性光刻：所使用的是負(fù)性光刻膠，當(dāng)曝光后，光刻膠會(huì)因?yàn)榻宦?lián)而變得不可溶解，并會(huì)硬化，一旦硬化，交聯(lián)的光刻膠就不能在溶濟(jì)中被洗掉，因?yàn)楣饪棠z上的圖形與投影掩膜版上的圖形相反因此這種光刻膠被稱為負(fù)性光刻膠。正性光刻：與負(fù)性光刻相反半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程負(fù)性光刻 紫外光

15、光刻膠的曝光區(qū)光刻膠上的陰影在掩膜版上的鉻島硅襯底光刻膠t氧化硅島被曝光的區(qū)域發(fā)生交聯(lián)并變成阻止顯影的化學(xué)物質(zhì)光刻膠顯影后的最終圖形光刻膠窗口氧化層硅襯底半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程正性光刻photoresistsilicon substrateoxide 紫外光光刻膠上的陰影光刻膠的曝光區(qū)掩膜版上的鉻島硅襯底光刻膠t氧化層島使光衰弱的被曝光區(qū)光刻膠顯影后的最終圖形窗口光刻膠t氧化層硅襯底半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程掩膜版與光刻膠之間的關(guān)系期望印在硅片上的光刻膠結(jié)構(gòu) 襯底 光刻膠島石英島當(dāng)使用正膠時(shí)要求掩膜版上的圖形(與想要的結(jié)構(gòu)想同)窗口鉻d當(dāng)使用負(fù)膠時(shí)要求掩膜版上的圖形(與想要的結(jié)

16、構(gòu)相反)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程掩模版制作過程12. Finished半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻膠光刻膠是一種有機(jī)化合物,它受紫外曝光后,在顯影溶液中的溶解度會(huì)發(fā)生變化.硅片制造中所用的光刻膠以液態(tài)涂在硅片表面,而后被干燥成膜.硅片制造中光刻膠的目的是: 1.將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移到硅片表面頂層的光刻膠中; 2.在后續(xù)工藝中,保護(hù)下面的材料(例如刻蝕或離子注入阻擋層);半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻膠的種類及對(duì)比正性光刻膠和負(fù)性光刻膠，基于光刻膠材料是如何響應(yīng)曝光光源的。 正性光刻膠：曝光區(qū)域溶解，非曝光區(qū)域保留，得到和掩膜版相同的圖形。 負(fù)性光刻膠：曝光區(qū)域鉸鏈，非曝光區(qū)域

17、溶解，在硅片上形成于掩膜版相反的圖形。對(duì)比：負(fù)性光刻膠在顯影時(shí)容易變形和膨脹，只適用于大尺寸的電路，而正性光刻膠則更加的優(yōu)良。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻膠的成分溶劑: (Solvent )使光刻膠具有流動(dòng)性感光劑: （正膠：PAG 負(fù)膠： 環(huán)化聚異戊二烯）光敏產(chǎn)酸溶劑對(duì)于正膠：曝光后產(chǎn)酸使膠酸解；對(duì)于負(fù)膠：曝光后可以促使膠發(fā) 生鉸鏈反應(yīng)。樹脂: (Resin)作為粘合劑的聚合物的混合物,給予光刻膠機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)添加劑：（穩(wěn)定劑，染色劑， 表面活性劑） 控制光刻膠材料的特殊性質(zhì)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程正性光刻膠酸解被曝光的光刻膠溶于顯影液未被曝光的光刻膠保持交聯(lián)和PAG（光敏產(chǎn)

18、酸劑）未激活曝光前的正性光刻膠曝光后的光刻膠 顯影后的光刻膠UV氧化硅光刻膠襯底未改變 曝光的未曝光的酸催化反映 (在 PEB中)PAGPAGPAGPAGH+PAGPAGPAGH+H+PAGPAG半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程負(fù)性光刻膠交聯(lián)被曝光的區(qū)域發(fā)生交聯(lián),并變成阻止顯影的化學(xué)物質(zhì)未曝光的區(qū)域保留可容于顯影液的化學(xué)物質(zhì).曝光前負(fù)性光刻膠曝光后負(fù)性光刻膠顯影后負(fù)性光刻膠UV氧化硅光刻膠襯底交聯(lián)未被曝光曝光可溶半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程光刻的八個(gè)步驟8) 顯影檢查5) 曝光后烘焙6) 顯影7) 堅(jiān)膜烘焙紫外光掩膜版4) 對(duì)準(zhǔn)和曝光光刻膠2) 旋轉(zhuǎn)涂膠3) 軟烘1) 清洗+噴涂粘附劑HM

19、DS半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程1：清洗+氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成電路，硅片在所有的工藝步驟中都要仔細(xì)地清洗。在各個(gè)工藝步驟間的保存和傳送硅片時(shí)不可避免地要引入沾污，所以清洗步驟非常必要。硅片清洗d的目的是：a.除去表面的污染物（顆粒、有機(jī)物、工藝殘余、可動(dòng)離子）；b、除去水蒸氣，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增?qiáng)表面的黏附性Step化學(xué)溶劑清洗溫度清除之污染物1H2SO4+H2O2(4:1)120C有機(jī)污染物2D.I. H2O室溫洗清3NH4OH+H2O2+H2O(1:1:5) (SC1) 70 - 80C微粒4D.I. H2O室溫洗清5HCl+H2O2+H2O

20、(1:1:6) (SC2) 70 - 80C金屬離子6D.I. H2O室溫洗清7HF+H2O (1:50)室溫自然氧化層8D.I. H2O室溫洗清半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程成底膜技術(shù)烘焙后硅片馬上要用六甲基二胺烷(HMDS)成底膜,它起到提高使表面具有疏水性并且增強(qiáng)基底表面跟光刻膠的粘附力。硅片成底膜處理的一個(gè)重要方面在于成底膜后要盡快涂膠,使潮氣問題最小化.成底膜技術(shù):HMDS可以用浸泡,噴霧和氣相方法來涂.半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程HMDS(旋涂或噴涂)滴浸潤形成旋轉(zhuǎn)硅片去除多余的液體浸潤旋涂氣相方法半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程2：旋轉(zhuǎn)涂膠工藝小結(jié):硅片置于真空吸盤上滴約5

21、ml的光刻膠以約500 rpm的慢速旋轉(zhuǎn)加速到約 3000 至 5000 rpm質(zhì)量指標(biāo):時(shí)間速度厚度均勻性顆粒和缺陷真空吸盤與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵滴膠頭半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠的4個(gè)步驟3) 快速甩掉多余的膠4) 溶劑揮發(fā)1) 滴膠2) 慢速旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程旋轉(zhuǎn)涂膠結(jié)果檢查和處理1： 表面干凈，均勻，光亮；2：無放射狀線條；3： 背面無滲膠；4：去邊處理:由中心向外越來越薄，但是最邊緣特別厚，所以要進(jìn)行去邊處理。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程涂膠設(shè)備ZYXq光刻膠噴嘴背面 EBR真空真空吸盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)硅片抽氣泄漏光刻膠液流不銹鋼碗氣流氣流噴嘴位

22、置可四個(gè)方向調(diào)整半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程3：軟烘軟烘的作用: 1.除去溶劑（47%）； 2.增強(qiáng)黏附性； 3.釋放光刻膠膜內(nèi)的應(yīng)力； 4.防止光刻膠玷污設(shè)備； 典型的軟烘條件:先在熱板上90度到100度烘30秒,結(jié)下來是在冷板上降溫的步驟,以得到光刻膠一致特性的硅片溫度控制。熱板硅片溶劑排出腔蓋在真空熱板上軟烘半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程在真空熱板上軟烘軟烘的目的:光刻膠中溶劑部分揮發(fā)改善粘附性改善均勻性改善抗蝕性改善線寬控制優(yōu)化光刻膠的光吸收特性熱板硅片溶劑排出腔蓋半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程如果光刻膠膠膜在涂膠后沒軟烘將出現(xiàn)的問題 光刻膠膜發(fā)黏并易受顆粒沾污：由于溶劑含量過

23、高導(dǎo)致在顯影時(shí)由于溶解差異,而很難區(qū)分曝光和未曝光的光刻膠;光刻膠散發(fā)的氣體(由于曝光時(shí)的熱量)可能沾污光學(xué)系統(tǒng)的透鏡;半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程4：對(duì)準(zhǔn)和曝光工藝小結(jié):將掩膜版上圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上激活光刻膠中的激活成分質(zhì)量指標(biāo): 線寬分辨率套準(zhǔn)精度顆粒和缺陷UV 光源掩膜版光刻膠半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程曝光光源紫外光用于光刻膠的曝光是因?yàn)楣饪棠z材料與這個(gè)特定波長的光反應(yīng)。波長也很重要,因?yàn)檩^短的波長可以獲得光刻膠上較小尺寸的分辨率,現(xiàn)今最常用于光學(xué)光刻的兩種紫外光源是: 汞燈 （汞燈mercury lamp利用汞放電時(shí)產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見光的電光源）準(zhǔn)分子激光（是指受到電子束

24、激發(fā)的惰性氣體和鹵素氣體結(jié)合的混合氣體形成的分子 向其基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射所產(chǎn)生的激光。）除了這些通常使用的光源外,其他用于先進(jìn)的或特殊應(yīng)用的光刻膠曝光的源有X射線,電子束,和離子束.曝光光源的一個(gè)重要方面是光的強(qiáng)度,光強(qiáng)被定義為單位面積的功率半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程典型的高壓汞燈的發(fā)射光譜120100806040200200300 400 500 600波長 (nm)相對(duì)強(qiáng)度(%)h-line405 nmg-line436 nmi-line365 nmDUV248 nm高強(qiáng)度汞燈的發(fā)射光譜半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程汞燈強(qiáng)度峰UV（Ultraviolet Rays） 光波長(nm)描述

25、符CD 分辨率(m)436g-line0.5405h-line0.4365i-line0.35248深紫外(DUV)0.25半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程五個(gè)精細(xì)光刻設(shè)備如下所示： 1.接觸式光刻機(jī) 2.接近式光刻 3. 掃描投影光刻機(jī) 4. 分步重復(fù)光刻機(jī) 5.步進(jìn)掃描光刻機(jī)光刻設(shè)備半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程接觸/接近式光刻機(jī)系統(tǒng)發(fā)光裝置對(duì)準(zhǔn)顯微鏡（分視場(chǎng)）掩膜版硅片 真空吸盤承掩膜版臺(tái)(X, Y , Z , q) 承片臺(tái) (X, Y, Z, q) 汞燈半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 a、接觸式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來的圖形與掩膜

26、板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，壽命很低（只能使用525次）；1970前使用，分辨率0.5m。 b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為1050m。可以避免與光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷。但是同時(shí)引入了衍射效應(yīng)，降低了分辨率。1970后適用，但是其最大分辨率僅為24m。 半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程曝光方式特性接觸式接近式1:1全反射系統(tǒng) 投影式縮小投影式DSW2:14:1分率率負(fù)膠2m4m5m3m2.5m正膠1m2.5m2.5m1.5m0.8m掩膜版壽命短接觸式的5-10倍半永久半永久對(duì)準(zhǔn)精度1-

27、3m1-3m0.5-1m0.1-0.3m裝置成本便宜中高高優(yōu)點(diǎn)分辨率高；線寬重復(fù)性好設(shè)備成本低；掩膜壽命高；晶片表面不易損傷；掩膜壽命半永久；成品率高;無間距誤差掩膜壽命半永久；成品率高；掩膜版制作容易；分辨率高；對(duì)準(zhǔn)精度高；缺點(diǎn)掩膜版壽命低晶片易損壞； 成品率低；分辨率低；線寬偏差大；分辨率比接近式稍差;線寬偏差大,比接近式稍差；每次光刻面積較小,曝光效率低；設(shè)備昂貴；半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程5. 曝光后烘焙對(duì)于深紫外(DUV)光刻膠在100度至110度的熱板上進(jìn)行曝光后烘焙是必須的,這步烘焙應(yīng)緊跟在光刻膠曝光后。目的：1.減少駐波效應(yīng)；2.增強(qiáng)PAG產(chǎn)生的酸跟化學(xué)集團(tuán)的反應(yīng)。駐波：

28、駐波表征入射光波和反射光波之間的干涉，這種干涉引起了隨光刻厚度變化的不均勻曝光。駐波的本質(zhì)是降低了光刻膠成像的分辨率。 駐波沿著光刻膠厚度引起不均勻曝光入射光反射光光刻膠膜襯底光刻膠中的駐波效應(yīng)半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程6:顯影工藝小結(jié):用顯影液溶解光刻膠可溶的區(qū)域可見圖形出現(xiàn)在硅片上- 窗口- 島質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):- 線條分辨率- 均勻性- 顆粒和缺陷真空吸盤與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵顯影液噴頭半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程顯影方法1 連續(xù)噴霧顯影真空吸盤連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)桿至真空泵噴霧式顯影半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程(d)甩干(c) DI水清洗(b)甩掉多余的顯影液(a)旋覆浸沒式滴

29、顯影液浸沒式2 旋轉(zhuǎn)浸沒顯影半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程顯影后檢查顯影后檢查的目的：為了查找光刻膠中形成圖形的缺陷。顯影后檢查出現(xiàn)有問題的硅片有兩種處理方法： 1 如果由先前操作造成的硅片問題無法接受，那么硅片就報(bào)廢； 2 如果問題與光刻膠中圖形的質(zhì)量有關(guān)，那么硅片就需要返工；硅片返工：將硅片表面的光刻膠剝離，然后重新進(jìn)行光學(xué)光刻工藝的過程稱為硅片返工。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程負(fù)膠通過紫外曝光發(fā)生交聯(lián)或變硬。使曝光的光刻膠變得在顯影液中不可溶解.負(fù)膠的一個(gè)主要問題是交聯(lián)光刻膠由于在清洗過程中吸收顯影液而膨脹和變形。因此，在硅片上剩余的光刻膠的側(cè)墻變得膨脹和參差不齊。UV交聯(lián)未曝光的

30、光刻膠被曝光的光刻膠負(fù)膠顯影半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程正膠顯影曝光的光刻膠溶解在顯影液中.未曝光的正膠交聯(lián)光刻膠半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程顯影：用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻膠顯影，其主要目的是把掩膜版圖形準(zhǔn)確復(fù)制到光刻膠中。顯影的三個(gè)主要類型的問題：顯影不足：顯影不足的線條比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡；不完全顯影：不完全顯影在襯底上留下應(yīng)該在顯影過程去掉的剩余光刻膠；過顯影：過顯影除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形。XXX顯影不足不完全顯影正確顯影過顯影光刻膠襯底半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程7.堅(jiān)膜 烘焙顯影后的熱烘叫做堅(jiān)膜烘焙，目的是蒸發(fā)

31、掉剩余的溶劑使光刻膠變硬，提高光刻膠對(duì)硅片表面的粘附性.這一步是穩(wěn)固光刻膠,對(duì)下面的刻蝕和離子注入過程非常關(guān)鍵。堅(jiān)膜烘焙通常在硅片軌道系統(tǒng)的熱板上或生產(chǎn)線的爐子中進(jìn)行。充分加熱后，光刻膠變軟并發(fā)生流動(dòng)。較高的堅(jiān)膜溫度會(huì)引起光刻膠輕微流動(dòng)，從而造成光刻圖形變形。正膠的堅(jiān)膜烘焙溫度約為120度到140度,這比軟烘的溫度要高,但也不能太高,否則光刻膠就會(huì)流動(dòng)從而破壞圖形。 半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程高溫下變軟的光刻膠流動(dòng)光刻膠線寬間距厚度襯底光刻膠半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程顯影檢查的返工流程1. 氣相成底膜HMDS2. 旋轉(zhuǎn)涂膠光刻膠3. 軟烘4. 對(duì)準(zhǔn)和曝光UV光掩膜版5. 曝光后烘焙

32、6. 顯影7. 堅(jiān)膜烘焙8. 顯影后檢查去膠清洗O2等離子體不合格硅片返工離子注入刻蝕鍍膜合格硅片半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程1.超凈間的等級(jí)劃分及其組成。2.光刻的定義，正性光刻和負(fù)性光刻的區(qū)別；3.光刻的主要工藝步驟；4.駐波效應(yīng)，如何減小駐波效應(yīng)對(duì)光刻的影響；知識(shí)回顧：半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 剝離（liftoff）是由去膠派生出的一項(xiàng)工藝。利用正膠在襯底上形成光刻膠圖形后，在整個(gè)光刻膠和襯底上淀積薄膜（例如金、鉑或鋁），薄膜的厚度必須小于光刻膠厚度，選擇合適的溶劑去除光刻膠層，光刻膠上面的那部分薄膜也一起剝離而被去掉。剝離技術(shù)具有較高的分辨率，廣泛用于分立器件制造，如大功率

33、 MESFET。然而在ULSI 制造中仍傾向于采用干法刻蝕技術(shù)，較少采用剝離工藝。掩模版光刻膠 襯 底金屬膜半導(dǎo)體微納技工之-剝離工藝半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 在電子器件制造工藝中，光刻圖形必須最終轉(zhuǎn)移到光刻膠下面組成器件的各薄膜層上，這種圖形的轉(zhuǎn)移是采用刻蝕工藝完成的。干法刻蝕濕法刻蝕 浸入式濕法刻蝕噴灑式濕法刻蝕等離子刻蝕濺射刻蝕離子銑反應(yīng)離子刻蝕刻蝕工藝半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程一、基本概念二、刻蝕方法三、刻蝕參數(shù)半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕 用化學(xué)的或物理的或化學(xué)物理結(jié)合的方式有選擇的去除（光刻膠開出的

34、窗口）不需要的材料. 被刻蝕的材料：介質(zhì)材料 硅 金屬材料 光刻膠 刻蝕的定義：去除材料一、基本概念半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程濕法刻蝕：用液體化學(xué)劑（如酸，堿和溶劑等）以化學(xué)方式去除襯底表面的材料。濕法刻蝕一般只用于尺寸較大的情況下。干法刻蝕：把襯底表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，于硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或這兩種反應(yīng)），從而去掉曝露的表面材料。它是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法。二、刻蝕方法半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程 應(yīng)用：通常用于大尺寸刻蝕（ 3m尺寸 ），一般用于整體剝離或去除干法刻蝕后的殘留物等。濕法刻蝕分 類浸入式濕法刻蝕噴灑式濕法刻蝕刻

35、蝕方式將基片浸入刻蝕溶液向基片上噴灑刻蝕溶液主要參數(shù)刻蝕液濃度、時(shí)間、溫度以及溶液的攪拌方式優(yōu) 點(diǎn)刻蝕選擇性好、設(shè)備簡(jiǎn)單、損傷少、產(chǎn)量（刻蝕速率）大缺 點(diǎn)易污染、各向異性差（特別是對(duì)金屬和氧化物）。如果刻蝕速率和時(shí)間控制不精確，通常會(huì)有鉆蝕（undercut）或側(cè)蝕。濕法刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程材料刻蝕液刻蝕速率（nm/min）SiO2HFNH4F（BOE）100HFHNO3H2O（P刻蝕液）12Si3N4HFNH4F（BOE）0.5H3PO410AlH3PO4HNO310HAc H3PO4 H2O30AuKII21000MoH3PO4HNO3 HAc H2O500PtHNO3 H

36、Cl H2O50WKH2PO4K3Fe(CN)6 KOH160TIHF500NIFeCl3800CrCe(NH4)2(NO3)6300部分絕緣材料和金屬的濕法化學(xué)刻蝕劑半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程硅的濕法刻蝕 不同晶面的原子鍵密度不一樣，導(dǎo)致刻蝕速率不一樣。一些刻蝕劑對(duì)某一晶面的刻蝕速度比其它晶面快得多，這稱為各向異性刻蝕。對(duì)于硅單晶，幾乎所有的各向異性刻蝕液對(duì)常用晶面的刻蝕速率均為： R（100） R（110） R（111）。 (100)、(110)與(111)的腐蝕速率比為100：16：1。一些刻蝕劑，如聯(lián)氨（H2N-NH2）、乙二胺-鄰苯二酚 -水三元混合液（EPW，H2N(CH2)

37、2NH2-C6H4(OH)2-H2O）、氫氧化鉀（KOH）和四甲基氫氧化銨水溶液（TMAH，(CH3)4NOH）等，可以對(duì)單晶硅進(jìn)行各向異性刻蝕。這種濕法刻蝕方法在MEMS器件制備上應(yīng)用較多。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程利用二氧化硅當(dāng)掩蔽層，對(duì)，晶向(oriented)的硅做各向異性腐蝕，會(huì)產(chǎn)生清晰的V型溝槽，溝槽的邊緣為(111)晶面，且與(100)的表面有54.7o的夾角，如圖(a)左邊的圖。如果打開的圖案窗足夠大或是腐蝕時(shí)間足夠短，則會(huì)形成一個(gè)U型的溝槽，如圖(a)右邊的圖。 如果使用的是晶向的硅，實(shí)際上會(huì)在溝槽的邊緣得到兩個(gè)垂直的面，這兩個(gè)面為(111)的晶面，如圖(b)所示。我們

38、可以用大的各向異性腐蝕速率來制作亞微米線寬的器件結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程如果打開的圖案窗足夠大或是腐蝕時(shí)間足夠短，則會(huì)形成一個(gè)U型的溝槽，底部面積的寬度為：或半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程如果使用的是 晶向的硅，實(shí)際上會(huì)在溝槽的邊緣得到兩個(gè)垂直的面，這兩個(gè)面為(111)的晶面。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程1、干蝕刻的定義2、干蝕刻的原理3、干蝕刻的模式4、RIE刻蝕中的Lag效

39、應(yīng)和Footing效應(yīng)5、干蝕刻設(shè)備結(jié)構(gòu)干法蝕刻半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程鍍膜(PVD、CVD)上光阻(Coater)光罩 曝光(Exposure)去光阻液(Stripper)去光阻蝕刻 (Dry、Wet)酸氣體鍍下一層膜顯影(Developer)顯影液清洗1、干蝕刻的定義半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程干蝕刻的定義：蝕刻: 就是通過“等離子體（Plasma）蝕刻”即干蝕刻或“濕式化學(xué)蝕刻”將顯影后沒有被光阻覆蓋的薄膜去除，做出需要的線路圖案；干蝕刻: 即將特定氣體置于低壓狀態(tài)下施以電壓，將其激發(fā)成電漿，對(duì)特定膜層加以化學(xué)性蝕刻或物理性轟擊或物理化學(xué)結(jié)合刻蝕，達(dá)到去除膜層的一種蝕刻方式；

40、1、干蝕刻的定義反應(yīng)正離子轟擊表面原子團(tuán)和表面膜的表面反應(yīng)副產(chǎn)物的解吸附各向異性刻蝕各向同性刻蝕濺射的表面材料 化學(xué)刻蝕物理刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程等離子體是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。固體液體氣體電漿加熱加熱加電正離子電子自由基分子 什么是等離子體？它主要由電子、正離子、分子、自由基等組成，但其中正負(fù)電荷總數(shù)卻處處相等，對(duì)外顯示電中性。這種狀態(tài)的氣體被稱為電漿（Plasma）。2、干蝕刻的原理半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程2、干蝕刻的原理電漿中有兩類碰1.彈性碰撞2.非彈性碰撞彈性碰撞: 無能量交換，較常發(fā)生，但對(duì)蝕刻影響不大非彈性碰撞: 能量交換，對(duì)蝕刻影響很大主要反應(yīng)

41、方式有： 離子化碰撞 分解碰撞 激發(fā)松弛碰撞 電漿（等離子體）中的碰撞半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程當(dāng)電子與一個(gè)原子或分子相碰撞時(shí)，它會(huì)將部分能量傳遞給受到原子核或分子核束縛的軌道電子上。如果該電子獲得的能量足以脫離核子的束縛，它就會(huì)變成自由電子，此過程稱為粒子碰撞游離。 e- +AA+2e-離子化碰撞非常重要，它產(chǎn)生并維持電漿2、干蝕刻的原理新電離電子電子轟擊原子e-+ Cl Cl + 2e- 離子化碰撞半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程當(dāng)電子和分子碰撞時(shí)，如果因撞擊而傳遞到分子的能量比分子的鍵合能量更高時(shí)，那就能打破化學(xué)鍵并且產(chǎn)生自由基。 e- +AB A +B +e-自由基是至少帶有一個(gè)

42、不成對(duì)電子的一種分子碎片，因此并不穩(wěn)定。自由基在化學(xué)上是非?；顫姷?，因?yàn)樗鼈冇幸环N很強(qiáng)的傾向去搶奪其他原子或分子的電子以形成穩(wěn)定的分子。2、干蝕刻的原理C轟擊FFFFCFF+ee CF4 CF3* F * e分解碰撞電子自由基（free radical），化學(xué)上也稱為“游離基”，是含有一個(gè)不成對(duì)電子的原子團(tuán)。半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程激發(fā)：碰撞傳遞足夠多的能量而使軌道電子躍遷到能量更高的軌道的過程。 e- +A A+e-激發(fā)狀態(tài)不穩(wěn)定且短暫，在激發(fā)軌道的電子會(huì)迅速掉到最低的能級(jí)或基態(tài)，此過程稱為松弛。激發(fā)的原子或分子會(huì)迅速松弛到原來的基態(tài)，并以光子的形式把它從電子碰撞中得到的能量釋放出來

43、。 A A + h2、干蝕刻的原理h激發(fā)松弛激發(fā)松弛碰撞電子半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程干蝕刻中起作用的主要是自由基和正離子。自由基化學(xué)性質(zhì)很活潑，很容易和膜表面分子發(fā)生反應(yīng)，可達(dá)到膜層去除的作用。反應(yīng)生成物作為廢氣被排出。帶正電的離子在電場(chǎng)的作用下幾乎垂直撞向基板，轟擊膜層表面的分子鍵合，促進(jìn)自由基的化學(xué)反應(yīng)，并使表面產(chǎn)生的反應(yīng)物脫落。干蝕刻是以自由基為主，還是以正離子為主。是根據(jù)使用的不同分為2種： 物理性蝕刻 化學(xué)性蝕刻2、干蝕刻的原理干蝕刻的方式半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程物理性蝕刻化學(xué)性蝕刻PlasmaPlasma物理性蝕刻：是電漿中的正離子在電場(chǎng)的作用下加速。垂直轟擊薄膜表

44、面，是非等向性的蝕刻（電場(chǎng)方向蝕刻速率較大）?；瘜W(xué)性蝕刻：是電漿中的自由基與薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是等向性的蝕刻（各方向蝕刻速率一致）。2、干蝕刻的原理干蝕刻的方式半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程反應(yīng)氣體在高頻電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電漿（Plasma）。電漿與基板發(fā)生作用將沒有被光刻膠掩蔽的非金屬薄膜蝕刻掉。2、干蝕刻的原理電漿制程氣體基板光阻非金屬薄膜光阻光阻射頻電源干蝕刻的工作原理半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程干蝕刻模式PE modeRIE modeICP modeECCP mode3、干蝕刻的模式半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程PE mode（Plasma Etching mode）化學(xué)性蝕刻射頻電源接在上電極,基板位于下電極上在蝕刻中利用自由基與基板的的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行蝕刻，是等向性蝕刻低蝕刻速率低均一性 對(duì)面板造成的損害很少RF(13.56MHz)PE modeplasmaF*F*F*3、干蝕刻的模式一般刻蝕光刻膠半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕原理和流程RIE mode (Reactive Ion Etching mode)物理性蝕刻+化學(xué)性蝕刻RF接到放置基板的下電極帶正電的粒子在電場(chǎng)的作用下加速，垂直對(duì)基板進(jìn)行粒子轟擊，促進(jìn)自由基的化學(xué)反應(yīng)非等向性蝕刻RIE modeplasmaSF5+ F*RF(13