半导体制造工艺中的光刻技术.ppt

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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物理原理设计掩膜版芯片制芯片检测封装测试造过程单晶、外延材料概述晶体生长与圆晶制造热氧化工艺集成光刻与刻蚀测试与封装扩散与离子注入薄膜沉积半导体制造工艺•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光刻•光刻是一种利用类似于洗印照片的原理通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上的集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。它先采用照相复印的方法，

2、将事先制好的光刻版上的图形精确地、重复地印在涂有感光胶的SiO2层(或Al层)上，然后利用光刻胶的选择性保护作用，对SiO2层(或A1层)进行选择性化学腐蚀，从而在Si02层(或Al层上)刻出与光刻版相应的图形。光刻工艺流程涂光刻胶（正）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：曝光后不可溶分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条1、脱水烘烤目的是去除硅片表面吸附的水分。也可利用前面的氧化或扩散工艺来实现。2、增粘处理在烘烤后的硅片表面涂一层六甲基二硅亚胺（HMDS），目的是增加硅片表面与光刻胶的粘附性。可采

3、用蒸汽涂布法，也可采用旋涂法。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(10～25m)，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投影式接触式接近式光源光学系统掩膜版光刻胶硅片三种光刻方式接优点：设备简单，分辨率较高触式缺点：掩模版与晶

4、片易损伤，成品率低优点：掩模版寿命长，成本低接近式缺点：衍射效应严重，影响分辨率非接优点：无像差，无驻波效应影响触全反射式缺点：数值孔径小，分辨率低投影式优点：数值孔径大，分辨率高，对硅片平整度要求低，折射掩模制造方便缺点：曝光效率低，设备昂贵6、显影将曝光后的硅片放到显影液中。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。7、后烘（硬烘、坚膜）

5、目的是使胶膜硬化，提高其在后续工序中的耐腐蚀性。8、刻蚀9、去胶•Step1:涂光刻胶Step1A表面清洗和脱水烘烤•清洁、干燥的硅片表面能与光刻胶保持良好的粘附并有利于获得平坦均匀的光刻胶涂层。•清洗方法：刷片/化学清洗•烘烤方法：在150～200℃真空或干燥氮气中。Step1B增黏处理•原因：绝大多数光刻胶所含的高分子聚合物是疏水的，而氧化物表面的羟基是亲水的，两者表面粘附性不好。•典型的增黏剂：HMDS(六甲基二硅亚胺)•亲水的带羟基的硅烷醇→疏水的硅氧烷结构，既易与衬底圆片表面粘合，另一面又易与光刻胶粘合。•涂覆方法：蒸气涂布法和旋转涂布法。–Step1C涂胶•胶厚和胶厚的均匀性

6、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–Step1D.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。•典型的前烘温度是90～100℃，10～30min.•Step2: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。ExposedareaofphotoresistUnexposedareaofphotoresistsiliconsubstrate•Step3: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

7、光部分（负胶）的光刻胶，在硅片上形成所需的光刻胶图形。photoresist–正胶：•显影液：含水的碱性显影液，如,TMAH(四甲基氢氧化胺水溶液),KOH等。–负胶siliconsubstrate•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•Step3:显影(形成临时图案)–Step3A曝光后烘焙:•gline,iline，减小驻波效应。•DUV,是光敏产酸物与聚合物链