1、半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程掺杂光 刻刻 蚀镀膜刻蚀 扩散掺杂离子注入掺杂物理气相淀积化学气相淀积氧化半导体制作工艺3.13.1概述概述封装线焊倒装焊TSV半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程生活的中类半导体工艺掩膜+腐蚀掩膜+光照溅射+电镀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻中.半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程微纳器件需要怎样的加工环境？50 um100 um0.01 um-5 um粉尘 ： 1-100 um灰尘 ： 2-100 um雾霾 ： 10um什么是 PM2.5？半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程更衣间更衣间风淋室风淋室工
2、作间工作间1工作间工作间2传递仓传递仓超净间的组成及注意事项半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程超净服的穿戴超净服的穿戴半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 第一步：戴上口罩；第一步：戴上口罩；注意事项：注意事项：穿戴前把头发扎好，穿戴前把头发扎好，衣服整理好；衣服整理好；戴口罩时可以露出鼻戴口罩时可以露出鼻子。子。 戴口罩时可以戴口罩时可以露出鼻子露出鼻子工作服穿戴步骤及注意事项工作服穿戴步骤及注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程第二步：戴上工帽；第二步：戴上工帽；注意事项：注意事项： 需要把纽扣扣好需要把纽扣扣好 不能有头发外露。不能有头发外露。头发外露头发外
3、露工作服穿戴步骤及注意事项工作服穿戴步骤及注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程第三步：穿戴工衣；第三步：穿戴工衣； 注意事项：注意事项：工帽需要被工衣完工帽需要被工衣完 全覆盖全覆盖需要扣好纽扣。需要扣好纽扣。工帽外露，纽扣没有工帽外露，纽扣没有扣好扣好工作服穿戴步骤及注意事项工作服穿戴步骤及注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程第四步：穿戴工裤、工鞋；第四步：穿戴工裤、工鞋；注意事项：注意事项：选用合适的工鞋，穿工鞋时选用合适的工鞋，穿工鞋时不能踩到鞋跟。不能踩到鞋跟。踩踩到到鞋鞋跟跟工作服穿戴步骤及注意事项工作服穿戴步骤及注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程第五步：戴好乳胶
4、手套；第五步：戴好乳胶手套；注意事项：注意事项：乳胶手套分大（乳胶手套分大（L)、中、中(M)、小、小(S)，请选用尺寸，请选用尺寸合适的手套合适的手套乳乳胶胶手手套套尺尺寸寸过过大大工作服穿戴步骤及注意事项工作服穿戴步骤及注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程穿戴流程示意图穿戴流程示意图 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程有污渍的工作服要及时清洗有污渍的工作服要及时清洗脏的工鞋要及时清洗脏的工鞋要及时清洗不可以在工作服上随便乱涂写不可以在工作服上随便乱涂写干净洁白的工作服干净洁白的工作服其他注意事项其他注意事项 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程氧化：氧化：高品质SiO2的成功开发，是推动硅
5、(Si)集成电路成为商用产品主流的一大动力。一般说来， SiO2可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。如在p-n结的制造过程中， SiO2薄膜可用来定义结的区域。图 (a)显示一无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化步骤。在氧化步骤结束后，一层SiO2就会均匀地形成在晶片表面。为简化讨论，图 (b)只显示被氧化晶片的上表层。导入导入PNPN结的制作结的制作为什么要学习光刻？为什么要学习光刻？半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻：光刻：技术被用来界定p-n结的几何形状。在形成SiO2之后。利用高速旋转机，将晶片表面旋涂一层对紫外光敏感的材料，称为光刻胶(photo-
6、resist)。将晶片从旋转机拿下之后图 (c)，在80C100C之间烘烤。以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加强光刻胶与晶片的附着力。如图 (d)所示，下一个步骤使用UV光源，通过一有图案的掩模版对晶片进行曝光。对于被光刻胶覆盖的晶片在其曝光的区域将依据光刻胶的型态进行化学反应。而被暴露在光线中的光刻胶会进行聚合反应，且在刻蚀剂中不易去除。聚合物区域在晶片放进显影剂(developer)后仍然存在，而未被曝光区域(在不透明掩模版区域之下)会溶解并被洗去。导入导入PNPN结的制作结的制作半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 刻蚀氧化层刻蚀氧化层： 图 (a)为显影后的晶片。晶片再次于120180
7、之间烘烤20min，以加强对衬底的附着力和即将进行的刻蚀步骤的抗蚀能力。然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶保护的氧化硅表面，如图4(b)所示。最后，使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。图 (c)显示光刻步骤之后，没有氧化层区域(一个窗户)的最终结果。晶片此时已经完成准备工作，可接着用扩散或离子注入。步骤形成p-n结。导入导入PNPN结的制作结的制作半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程扩散：扩散：在扩散方法中，没有被SiO2保护的半导体表面暴露在相反型态的高浓度杂质中。杂质利用固态扩散的方式，进入半导体晶格。在离子注入时，将欲掺杂的杂质离子加速到一高能级，然后
8、注入半导体内。 SiO2可作为阻挡杂质扩散或离子注入的阻挡层。在扩散或离子注入步骤之后，p-n结已经形成，如图(d)所示。由于被注入的离子横向扩散或横向散开(lateral straggle，又译横向游走)的关系，P型区域会比所开的窗户稍微宽些。导入导入PNPN结的制作结的制作半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程金属薄膜沉积：金属薄膜沉积：在扩散或离子注入步骤之后，欧姆接触和连线在接着的金属化步骤完成图 (e)。金属薄膜可以用物理气相淀积和化学气相淀积来形成。光刻步骤再度用来定义正面接触点，如图 (f)所示。一相似的金属化步骤可用来定义背面接触点，而不用光刻工艺。一般而言，低温(500。C)的退火
9、步骤用来促进金属层和半导体之间的低电阻接触点。随着金属化的完成，p-n结已经可以工作了。导入导入PNPN结的制作结的制作半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。 光刻 (lithography，又译图形曝光 )：使用带有某一层设计几何图形的掩模版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光敏的光刻胶在衬底上形成三维浮雕图形。将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感光薄膜层上(称为光致光刻胶、光刻胶或
10、光阻，resist，简称光刻胶)的一种工艺步骤。 刻蚀：在光刻胶或者阻挡层的掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。导入导入光刻和刻蚀光刻和刻蚀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻（lithography）是以一种被称为光刻胶的光敏感聚合物为主要材料的照相制版技术。集成电路发明至今，电路集成度提高了六个数量级以上，主要归功于光刻技术的进步。非光学曝光光学曝光 遮蔽式曝光 投影式曝光曝光方式电子束曝光X 射线曝光超紫外光曝光离子束曝光半导体微纳工艺之半导体微纳工艺之- -光刻工艺光刻工艺半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻工艺的重要性： a. 微/光
11、电子制造需进行多次光刻； b. 耗费总成本的30； c. 最复杂、最昂贵和最关键的工艺。 半导体微纳工艺之-光刻工艺半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程准备光刻胶（光刻胶的保存）低温黑暗条件下保存低温黑暗条件下保存半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程1. 准备硅片（清洗）+喷涂粘附剂半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程2. 喷涂粘附剂（HMDS 六甲基二硅胺）半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程3. 滴胶+甩胶滴胶半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程4. 前烘半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程5. 装片半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程6.装掩膜版（光刻板）半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程6. 装掩膜版（光刻板）半导
12、体工艺之光刻+刻蚀原理和流程7.对准+曝光半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程8. 后烘，显影+定影半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程显影前后半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻的基本概念 光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路光刻的本质就是把临时电路/ /器器件结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结件结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外构首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。光透过掩膜版把图形转移到硅
13、片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。线宽间距厚度衬底光刻胶光刻胶的三维图形半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻技术的基本要求光刻技术的基本要求 1、高分辨率 随着集成电路集成度的提高，特征尺寸越来越小要求实现掩模图形高水平转移的光学系统分辨率必须越高。 2、高灵敏度的光刻胶 指光刻胶的感光速度，希望光刻工序的周期越短越好，减小曝光所需的时间就必须使用高灵敏度的光刻胶。 3、高对比度的光刻胶 对比度是衡量光刻胶区分掩模版上亮区与暗区的能力大小的指标。从理论上说，光刻胶的对比度会直接影响曝光后光刻胶图形的倾角和线宽 4、套刻对准精度 在电路制造过程中要进行
14、多次的光刻，每次光刻都要进行严格的套刻。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程分辨率 分辨率是指每毫米宽度内能够光刻出可分辨的最多线对数，它是对光刻工艺可以达到的最小图形尺寸的一种描述。在线宽 L 与线条间距相等的情况下，分辨率为： ，光刻分辨率受光刻系统、光刻胶和光刻等多方面因素影响11 ()2RmmL对比度 对比度是衡量光刻胶区分掩模版上亮区与暗区的能力大小的指标。从理论上说，光刻胶的对比度会直接影响曝光后光刻胶图形的倾角和线宽。 为测量光刻胶的对比度，可以将一定厚度的光刻胶在不同辐照剂量下曝光，测量显影后剩余光刻胶的厚度（留膜率），利用留膜率与曝光剂量的关系曲线进行计算。半导体工艺之光刻+刻蚀
15、原理和流程 对于负胶，存在一个临界曝光剂量 D0。曝光剂量小于D0时，负胶在显影液中完全可溶，不会形成曝光图形。曝光剂量达临界值后，感光区剩余膜厚随曝光剂量增大而增大。 当曝光剂量达到 D100 以上时，感光区剩余膜厚最终达到初始时负胶的厚度。因此，负胶的对比度取决于曲线的曝光剂量取对数坐标之后得到的斜率。负胶光刻胶对比度曲线曝光剂量光刻胶留膜率负胶的对比度半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 正胶的感光区剩余膜厚与曝光剂量的关系如右图所示。D0为感光区光刻胶在显影液中完全不溶，即在光刻胶上不产生曝光图形所允许的最大曝光剂量。D100为感光区光刻胶在显影液中完全可溶所需的最小曝光剂量。可以看出，感
16、光区剩余膜厚随曝光剂量的增加逐渐减小。对比度与该曲线外推斜率的绝对值有关： 曝光剂量光刻胶留膜率正胶光刻胶对比度曲线1010001log (/)DD正胶的对比度半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻工艺 光刻工艺包括两种基本的工艺类型：负性光刻和正性光刻负性光刻和正性光刻。这两种基本工艺的主要区别在于所使用的光刻胶的类型不同。 负性光刻：所使用的是负性光刻胶，当曝光后，光刻胶会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，一旦硬化，交联的光刻胶就不能在溶济中被洗掉，因为光刻胶上的图形与投影掩膜版上的图形相反因此这种光刻胶被称为负性光刻胶。 正性光刻：与负性光刻相反半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程负性光刻 紫
17、外光紫外光光刻胶的曝光区光刻胶上的阴影在掩膜版上的铬岛硅衬底光刻胶t氧化硅岛被曝光的区域发生交联并变成阻止显影的化学物质光刻胶显影后的最终图形光刻胶窗口氧化层硅衬底半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程正性光刻photoresistsilicon substrateoxide 紫外光光刻胶上的阴影光刻胶的曝光区掩膜版上的铬岛硅衬底光刻胶t氧化层岛使光衰弱的被曝光区光刻胶显影后的最终图形窗口光刻胶t氧化层硅衬底半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程掩膜版与光刻胶之间的关系期望印在硅片上的光刻胶结构 衬底 光刻胶岛石英岛当使用正胶时要求掩膜版上的图形(与想要的结构想同)窗口铬d当使用负胶时要求掩膜版上的图形(
18、与想要的结构相反)半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程掩模版制作过程掩模版制作过程12. Finished半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻胶 光刻胶是一种有机化合物,它受紫外曝光后,在显影溶液中的溶解度会发生变化.硅片制造中所用的光刻胶以液态涂在硅片表面,而后被干燥成膜.硅片制造中光刻胶的目的是目的是: : 1.1.将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中将掩膜版图案转移到硅片表面顶层的光刻胶中; ; 2. 2.在后续工艺中在后续工艺中, ,保护下面的材料保护下面的材料( (例如刻蚀或离子注入阻挡例如刻蚀或离子注入阻挡层层););半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻胶的种类及对比 正性光刻胶和
19、负性光刻胶，基于光刻胶材料是如何响应曝光光源的。 正性光刻胶正性光刻胶：曝光区域溶解，非曝光区域保留，得到和掩膜版相同的图形。 负性光刻胶：负性光刻胶：曝光区域铰链，非曝光区域溶解，在硅片上形成于掩膜版相反的图形。 对比：负性光刻胶在显影时容易变形和膨胀，只适用于大尺寸的电路，而正性光刻胶则更加的优良。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻胶的成分溶剂溶剂: : (Solvent )使光刻胶具有流动性感光剂感光剂: : （正胶：（正胶：PAG PAG 负胶：负胶： 环化聚异戊二烯）环化聚异戊二烯）光敏产酸溶剂对于正胶：曝光后产酸使胶酸解；对于负胶：曝光后可以促使胶发 生铰链反应。树脂树脂: (R
20、esin): (Resin)作为粘合剂的聚合物的混合物,给予光刻胶机械和化学性质添加剂：添加剂：（稳定剂，染色剂，（稳定剂，染色剂， 表面活性剂）表面活性剂） 控制光刻胶材料的特殊性质半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程正性光刻胶酸解被曝光的光刻胶溶于显影液未被曝光的光刻胶保持交联和PAG（光敏产酸剂）未激活曝光前的正性光刻胶曝光后的光刻胶 显影后的光刻胶UV氧化硅光刻胶衬底未改变 曝光的未曝光的酸催化反映 (在 PEB中)PAGPAGPAGPAGH+PAGPAGPAGH+H+PAGPAG半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程负性光刻胶交联被曝光的区域发生交联,并变成阻止显影的化学物质未曝光的区域保留可
21、容于显影液的化学物质.曝光前负性光刻胶曝光后负性光刻胶显影后负性光刻胶UV氧化硅光刻胶衬底交联未被曝光曝光可溶半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程光刻的八个步骤8) 显影检查5) 曝光后烘焙6) 显影7) 坚膜烘焙紫外光掩膜版4) 对准和曝光光刻胶2) 旋转涂胶3) 软烘1) 清洗+喷涂粘附剂HMDS半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程1：清洗+气相成底膜处理光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成电路，硅片在所有的工艺步骤中都要仔细地清洗。在各个工艺步骤间的保存和传送硅片时不可避免地要引入沾污，所以清洗步骤非常必要。硅片清洗d的目的是：a.除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水
22、蒸气，使基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性Step化学溶剂清洗溫度清除之污染物1H2SO4+H2O2(4:1)120C有机污染物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(1:1:6) (SC2) 70 - 80C金属离子6D.I. H2O室溫洗清7HF+H2O (1:50)室溫自然氧化层8D.I. H2O室溫洗清半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程成底膜技术 烘焙后硅片马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强基底表面跟光刻胶的粘附力。 硅片
23、成底膜处理的一个重要方面在于成底膜后要尽快涂胶,使潮气问题最小化. 成底膜技术:HMDS可以用浸泡,喷雾和气相方法来涂.半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程HMDS(旋涂或喷涂)滴浸润形成旋转硅片去除多余的液体浸润旋涂气相方法半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程2：旋转涂胶工艺小结:硅片置于真空吸盘上滴约5ml的光刻胶以约500 rpm的慢速旋转加速到约 3000 至 5000 rpm质量指标:时间速度厚度均匀性颗粒和缺陷真空吸盘与转动电机连接的转杆至真空泵滴胶头半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程旋转涂布光刻胶的4个步骤3) 快速甩掉多余的胶4) 溶剂挥发1) 滴胶2) 慢速旋转半导体工艺之光刻+刻蚀原
24、理和流程旋转涂胶结果检查和处理1： 表面干净，均匀，光亮；2：无放射状线条；3： 背面无渗胶；4：去边处理:由中心向外越来越薄，但是最边缘特别厚，所以要进行去边处理。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程涂胶设备ZYXq光刻胶喷嘴背面 EBR真空真空吸盘旋转电机硅片抽气泄漏光刻胶液流不锈钢碗气流气流喷嘴位置可四个方向调整半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程3：软烘软烘的作用: 1.除去溶剂（47%）； 2.增强黏附性； 3.释放光刻胶膜内的应力； 4.防止光刻胶玷污设备； 典型的软烘条件:先在热板上90度到100度烘30秒,结下来是在冷板上降温的步骤,以得到光刻胶一致特性的硅片温度控制。热板硅片溶剂排出
25、腔盖在真空热板上软烘半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程在真空热板上软烘软烘的目的:光刻胶中溶剂部分挥发改善粘附性改善均匀性改善抗蚀性改善线宽控制优化光刻胶的光吸收特性热板硅片溶剂排出腔盖半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程如果光刻胶胶膜在涂胶后没软烘将出现的问题 l光刻胶膜发黏并易受颗粒沾污：l由于溶剂含量过高导致在显影时由于溶解差异,而很难区分曝光和未曝光的光刻胶;l光刻胶散发的气体(由于曝光时的热量)可能沾污光学系统的透镜;半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程4：对准和曝光工艺小结:将掩膜版上图形转移到涂胶的硅片上激活光刻胶中的激活成分质量指标: 线宽分辨率套准精度颗粒和缺陷UV 光源掩膜版光刻胶半
26、导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程曝光光源 紫外光用于光刻胶的曝光是因为光刻胶材料与这个特定波长的光反应。波长也很重要,因为较短的波长可以获得光刻胶上较小尺寸的分辨率,现今最常用于光学光刻的两种紫外光源是: 汞灯 （汞灯mercury lamp利用汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源） 准分子激光（是指受到电子束激发的惰性气体和卤素气体结合的混合气体形成的分子 向其基态跃迁时发射所产生的激光。） 除了这些通常使用的光源外,其他用于先进的或特殊应用的光刻胶曝光的源有X射线,电子束,和离子束. 曝光光源的一个重要方面是光的强度,光强被定义为单位面积的功率半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程典型的高压汞灯的
27、发射光谱120100806040200200300 400 500 600波长 (nm)相对强度(%)h-line405 nmg-line436 nmi-line365 nmDUV248 nm高强度汞灯的发射光谱半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程汞灯强度峰UV（Ultraviolet Rays） 光波长光波长(nm)描述符描述符CD 分辨率分辨率( m)436g-line0.5405h-line0.4365i-line0.35248深紫外(DUV)0.25半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程五个精细光刻设备如下所示： 1.1.接触式光刻机接触式光刻机 2.2.接近式光刻接近式光刻 3. 扫描投影光刻
28、机 4. 分步重复光刻机 5.步进扫描光刻机光刻设备光刻设备半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程接触/接近式光刻机系统发光装置对准显微镜（分视场）掩膜版硅片 真空吸盘承掩膜版台(X, Y , Z , q) 承片台 (X, Y, Z, q) 汞灯半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 a、接触式曝光、接触式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低（只能使用525次）；1970前使用，分辨率0.5m。 b、接近式曝光、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板与光刻胶
29、层的略微分开，大约为1050m。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。1970后适用，但是其最大分辨率仅为24m。 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程曝光方式特性接触式接近式1:1全反射系统 投影式缩小投影式DSW2:14:1分率率负胶2m4m5m3m2.5m正胶1m2.5m2.5m1.5m0.8m掩膜版寿命短接触式的5-10倍半永久半永久对准精度1-3m1-3m0.5-1m0.1-0.3m装置成本便宜中高高优点分辨率高；线宽重复性好设备成本低；掩膜寿命高；晶片表面不易损伤；掩膜寿命半永久；成品率高;无间距误差掩膜寿命半永久；成品率高；掩膜版制作容易；
30、分辨率高；对准精度高；缺点掩膜版寿命低晶片易损坏； 成品率低；分辨率低；线宽偏差大；分辨率比接近式稍差;线宽偏差大,比接近式稍差；每次光刻面积较小,曝光效率低；设备昂贵；半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程5. 曝光后烘焙 对于深紫外(DUV)光刻胶在100度至110度的热板上进行曝光后烘焙是必须的,这步烘焙应紧跟在光刻胶曝光后。 目的：1.减少驻波效应；2.增强PAG产生的酸跟化学集团的反应。驻波：驻波：驻波表征入射光波和反射光波之间的干涉，这种干涉引起了随光刻厚度变化的不均匀曝光。驻波的本质是降低了光刻胶成像的分辨率。 驻波沿着光刻胶厚度引起不均匀曝光入射光反射光光刻胶膜衬底光刻胶中的驻波效应
31、半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程6:显影工艺小结:用显影液溶解光刻胶可溶的区域可见图形出现在硅片上- 窗口- 岛质量标准:- 线条分辨率- 均匀性- 颗粒和缺陷真空吸盘与转动电机连接的转杆至真空泵显影液喷头半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程显影方法1 连续喷雾显影真空吸盘连接旋转电机的转杆至真空泵喷雾式显影半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程(d)甩干(c) DI水清洗(b)甩掉多余的显影液(a)旋覆浸没式滴显影液浸没式2 旋转浸没显影半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程显影后检查 显影后检查的目的：为了查找光刻胶中形成图形的缺陷。 显影后检查出现有问题的硅片有两种处理方法： 1 如果由先前操作造成的硅
32、片问题无法接受，那么硅片就报废； 2 如果问题与光刻胶中图形的质量有关，那么硅片就需要返工； 硅片返工：将硅片表面的光刻胶剥离，然后重新进行光学光刻工艺的过程称为硅片返工。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 负胶通过紫外曝光发生交联或变硬。使曝光的光刻胶变得在显影液中不可溶解.负胶的一个主要问题是交联光刻胶由于在清洗过程中吸收显影液而膨胀和变形。因此，在硅片上剩余的光刻胶的侧墙变得膨胀和参差不齐。UV交联未曝光的光刻胶被曝光的光刻胶负胶显影半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程正胶显影曝光的光刻胶溶解在显影液中.未曝光的正胶交联光刻胶半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程显影：用化学显影液溶解由曝光造成的光
33、刻胶的可溶解区域就是光刻胶显影，其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光刻胶中。显影的三个主要类型的问题：显影不足：显影不足：显影不足的线条比正常线条要宽并且在侧面有斜坡；不完全显影：不完全显影：不完全显影在衬底上留下应该在显影过程去掉的剩余光刻胶；过显影：过显影：过显影除去了太多的光刻胶，引起图形变窄和拙劣的外形。XXX 显影不足不完全显影正确显影过显影光刻胶衬底半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程7.坚膜 烘焙 显影后的热烘叫做坚膜烘焙，目的是蒸发掉剩余的溶剂使光刻胶变硬，提高光刻胶对硅片表面的粘附性.这一步是稳固光刻胶,对下面的刻蚀和离子注入过程非常关键。 坚膜烘焙通常在硅片轨道系统的热板上或生
34、产线的炉子中进行。充分加热后，光刻胶变软并发生流动。较高的坚膜温度会引起光刻胶轻微流动，从而造成光刻图形变形。 正胶的坚膜烘焙温度约为120度到140度,这比软烘的温度要高,但也不能太高,否则光刻胶就会流动从而破坏图形。 半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程高温下变软的光刻胶流动光刻胶线宽间距厚度衬底光刻胶半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程显影检查的返工流程1. 气相成底膜HMDS2. 旋转涂胶光刻胶3. 软烘4. 对准和曝光UV光掩膜版5. 曝光后烘焙6. 显影7. 坚膜烘焙8. 显影后检查去胶清洗O2等离子体不合格硅片返工离子注入刻蚀镀膜合格硅片半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程1.超净间的等级划
35、分及其组成。超净间的等级划分及其组成。2.光刻的定义，正性光刻和负性光刻的区别；光刻的定义，正性光刻和负性光刻的区别；3.光刻的主要工艺步骤；光刻的主要工艺步骤；4.驻波效应，如何减小驻波效应对光刻的影响；驻波效应，如何减小驻波效应对光刻的影响；知识回顾：知识回顾：半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 剥离（liftoff）是由去胶派生出的一项工艺。利用正胶在衬底上形成光刻胶图形后，在整个光刻胶和衬底上淀积薄膜（例如金、铂或铝），薄膜的厚度必须小于光刻胶厚度，选择合适的溶剂去除光刻胶层，光刻胶上面的那部分薄膜也一起剥离而被去掉。剥离技术具有较高的分辨率，广泛用于分立器件制造，如大功率 MESFET
36、。然而在ULSI 制造中仍倾向于采用干法刻蚀技术，较少采用剥离工艺。掩模版光刻胶 衬 底金属膜半导体微纳技工之-剥离工艺半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程在电子器件制造工艺中，光刻图形必须最终转移到光刻胶下面组成器件的各薄膜层上，这种图形的转移是采用刻蚀工艺完成的。干法刻蚀干法刻蚀湿法刻蚀湿法刻蚀 浸入式湿法刻蚀浸入式湿法刻蚀喷洒式湿法刻蚀喷洒式湿法刻蚀等离子刻蚀等离子刻蚀溅射刻蚀离子铣溅射刻蚀离子铣反应离子刻蚀反应离子刻蚀刻蚀工艺刻蚀工艺半导体微纳工艺之-刻蚀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程一、基本概念二、刻蚀方法三、刻蚀参数半导体微纳工艺之-刻蚀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体微纳工艺
37、之-刻蚀 用化学的或物理的或化学物理结合的方式有选择的去除（光刻胶开出的窗口）不需要的材料. 被刻蚀的材料：介质材料 硅 金属材料 光刻胶 刻蚀的定义：去除材料刻蚀的定义：去除材料一、基本概念一、基本概念半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程u湿法刻蚀：用液体化学剂（如酸，碱和溶剂等）以化学方式去除衬底表面的材料。湿法刻蚀一般只用于尺寸较大的情况下。u干法刻蚀：把衬底表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，于硅片发生物理或化学反应（或这两种反应），从而去掉曝露的表面材料。它是亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法。二、刻蚀方法二、刻蚀方法半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程 应用：通常
38、用于大尺寸刻蚀（ 3m尺寸 ），一般用于整体剥离或去除干法刻蚀后的残留物等。湿法刻蚀分 类浸入式湿法刻蚀喷洒式湿法刻蚀刻蚀方式将基片浸入刻蚀溶液向基片上喷洒刻蚀溶液主要参数刻蚀液浓度、时间、温度以及溶液的搅拌方式优 点刻蚀选择性好、设备简单、损伤少、产量（刻蚀速率）大缺 点易污染、各向异性差（特别是对金属和氧化物）。如果刻蚀速率和时间控制不精确，通常会有钻蚀（undercut）或侧蚀。湿法刻蚀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程材料刻蚀液刻蚀速率（nm/min）SiO2HFNH4F（BOE）100HFHNO3H2O（P刻蚀液）12Si3N4HFNH4F（BOE）0.5H3PO410AlH3PO4H
39、NO310HAc H3PO4 H2O30AuKII21000MoH3PO4HNO3 HAc H2O500PtHNO3 HCl H2O50WKH2PO4K3Fe(CN)6 KOH160TIHF500NIFeCl3800CrCe(NH4)2(NO3)6300部分绝缘材料和金属的湿法化学刻蚀剂部分绝缘材料和金属的湿法化学刻蚀剂半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程硅的湿法刻蚀 不同晶面的原子键密度不一样，导致刻蚀速率不一样。一些刻蚀剂对某一晶面的刻蚀速度比其它晶面快得多，这称为各向异性刻蚀。对于硅单晶，几乎所有的各向异性刻蚀液对常用晶面的刻蚀速率均为： R（100） R（110） R（111）。 (100
40、)、(110)与(111)的腐蚀速率比为100：16：1。一些刻蚀剂，如联氨（H2N-NH2）、乙二胺-邻苯二酚 -水三元混合液（EPW，H2N(CH2)2NH2-C6H4(OH)2-H2O）、氢氧化钾（KOH）和四甲基氢氧化铵水溶液（TMAH，(CH3)4NOH）等，可以对单晶硅进行各向异性刻蚀。这种湿法刻蚀方法在MEMS器件制备上应用较多。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程利用二氧化硅当掩蔽层，对，晶向(oriented)的硅做各向异性腐蚀，会产生清晰的V型沟槽，沟槽的边缘为(111)晶面，且与(100)的表面有54.7o的夹角，如图(a)左边的图。如果打开的图案窗足够大或是腐蚀时间足够短，
41、则会形成一个U型的沟槽，如图(a)右边的图。 如果使用的是晶向的硅，实际上会在沟槽的边缘得到两个垂直的面，这两个面为(111)的晶面，如图(b)所示。我们可以用大的各向异性腐蚀速率来制作亚微米线宽的器件结构。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程（100）晶向硅片刻蚀后的SEM照片半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程（100）晶向硅片刻蚀后的SEM照片半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程如果打开的图案窗足够大或是腐蚀时间足够短，则会形成一个U型的沟槽，底部面积的宽度为：02 cot54.7bWWl或02bWWl半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程如果使用的是 晶向的硅，实际上会在
42、沟槽的边缘得到两个垂直的面，这两个面为(111)的晶面。110半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程1、干蚀刻的定义2、干蚀刻的原理3、干蚀刻的模式4、RIE刻蚀中的Lag效应和Footing效应5、干蚀刻设备结构干法蚀刻半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程镀膜(PVD、CVD)上光阻(Coater)光罩 曝光(Exposure)去光阻液(Stripper)去光阻蚀刻 (Dry、Wet)酸气体镀下一层膜显影(Developer)显影液清洗1、干蚀刻的定义半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程干蚀刻的定义：干蚀刻的定义：p蚀刻: 就是通过“等离子体（Plasma）蚀刻”即干蚀刻或
43、“湿式化学蚀刻”将显影后没有被光阻覆盖的薄膜去除，做出需要的线路图案；p干蚀刻: 即将特定气体置于低压状态下施以电压，将其激发成电浆，对特定膜层加以化学性蚀刻或物理性轰击或物理化学结合刻蚀，达到去除膜层的一种蚀刻方式；1、干蚀刻的定义反应正离子轰击表面原子团和表面膜的表面反应副产物的解吸附各向异性刻蚀各向同性刻蚀溅射的表面材料 化学刻蚀物理刻蚀半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p等离子体是除固、液、气外，物质存在的第四态。固体液体气体电浆加热加热加电正离子电子自由基分子 什么是等离子体？什么是等离子体？p它主要由电子、正离子、分子、自由基等组成，但其中正负电荷总数却处处相等，对外显示电中性。这种
44、状态的气体被称为电浆（Plasma）。2、干蚀刻的原理半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程2、干蚀刻的原理电浆中有两类碰电浆中有两类碰1.弹性碰撞2.非弹性碰撞p 弹性碰撞: 无能量交换，较常发生，但对蚀刻影响不大p 非弹性碰撞: 能量交换，对蚀刻影响很大p 主要反应方式有： 离子化碰撞 分解碰撞 激发松弛碰撞 电浆（等离子体）中的碰撞电浆（等离子体）中的碰撞半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p 当电子与一个原子或分子相碰撞时，它会将部分能量传递给受到原子核或分子核束缚的轨道电子上。如果该电子获得的能量足以脱离核子的束缚，它就会变成自由电子，此过程称为粒子碰撞游离。 e- +AA+2e-p 离子化碰
45、撞非常重要，它产生并维持电浆2、干蚀刻的原理新电离电子电子轰击原子e-+ Cl Cl + 2e- 离子化碰撞离子化碰撞半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p 当电子和分子碰撞时，如果因撞击而传递到分子的能量比分子的键合能量更高时，那就能打破化学键并且产生自由基。 e- +AB A +B +e-p 自由基是至少带有一个不成对电子的一种分子碎片，因此并不稳定。自由基在化学上是非常活泼的，因为它们有一种很强的倾向去抢夺其他原子或分子的电子以形成稳定的分子。2、干蚀刻的原理C轰击FFFFCFF+ee CF4 CF3* F * e分解碰撞分解碰撞电子自由基（free radical），化学上也称为“游离基”
46、，是含有一个不成对电子的原子团。半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p 激发：碰撞传递足够多的能量而使轨道电子跃迁到能量更高的轨道的过程。 e- +A A+e-p 激发状态不稳定且短暂，在激发轨道的电子会迅速掉到最低的能级或基态，此过程称为松弛。激发的原子或分子会迅速松弛到原来的基态，并以光子的形式把它从电子碰撞中得到的能量释放出来。 A A + h2、干蚀刻的原理h激发松弛激发松弛碰撞激发松弛碰撞电子半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p 干蚀刻中起作用的主要是自由基和正离子。自由基化学性质很活泼，很容易和膜表面分子发生反应，可达到膜层去除的作用。反应生成物作为废气被排出。p 带正电的离子在电场的作
47、用下几乎垂直撞向基板，轰击膜层表面的分子键合，促进自由基的化学反应，并使表面产生的反应物脱落。p 干蚀刻是以自由基为主，还是以正离子为主。是根据使用的不同分为2种： 物理性蚀刻 化学性蚀刻2、干蚀刻的原理干蚀刻的方式干蚀刻的方式半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程物理性蚀刻物理性蚀刻化学性蚀刻化学性蚀刻PlasmaPlasma物理性蚀刻：是电浆中的正离子在电场的作用下加速。垂直轰击薄膜表面，是非等向性的蚀刻（电场方向蚀刻速率较大）。化学性蚀刻：是电浆中的自由基与薄膜发生化学反应，是等向性的蚀刻（各方向蚀刻速率一致）。2、干蚀刻的原理干蚀刻的方式干蚀刻的方式半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程p 反应气
48、体在高频电场作用下产生电浆（Plasma）。p 电浆与基板发生作用将没有被光刻胶掩蔽的非金属薄膜蚀刻掉。2、干蚀刻的原理电浆制程气体基板光阻非金属薄膜光阻光阻射频电源干蚀刻的工作原理干蚀刻的工作原理半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程干蚀刻模式干蚀刻模式PE modeRIE modeICP modeECCP mode3、干蚀刻的模式半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程PE mode（Plasma Etching mode）l 化学性蚀刻l 射频电源接在上电极,基板位于下电极上l 在蚀刻中利用自由基与基板的的化学反应进行蚀刻，是等向性蚀刻l 低蚀刻速率l 低均一性 l 对面板造成的损害很少RF(13.5
49、6MHz)PE modeplasmaF*F*F*3、干蚀刻的模式一般刻蚀光刻胶一般刻蚀光刻胶半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程RIE mode (Reactive Ion Etching mode)l 物理性蚀刻+化学性蚀刻l RF接到放置基板的下电极l 带正电的粒子在电场的作用下加速，垂直对基板进行粒子轰击，促进自由基的化学反应l 非等向性蚀刻RIE modeplasmaSF5+ F*RF(13.56MHz)3、干蚀刻的模式一般刻蚀氧化硅和碳化硅一般刻蚀氧化硅和碳化硅半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程ICP mode（Inductively Coupled Plasma ）物理性蚀刻+化学性蚀刻
50、上部是线圈状的诱导电极，下部是Bias电源在线圈状电极的磁场作用下，plasma中的电子和离子会做水平方向的螺旋运动，因此电离率比其他的type高2倍下部的bias电极吸引ion轰击基板，进行蚀刻，能达到高密度的plasma及高蚀刻率非等向性蚀刻一般会产生particleProcess gasICP modeplasmaSF5+ F*Bias power(3.2MHz)Source power(13.56MHz)3、干蚀刻的模式速率比较快一般刻蚀硅速率比较快一般刻蚀硅半导体工艺之光刻+刻蚀原理和流程Lag 效应（微负载效应）深宽比相关刻蚀：具有高深宽比硅槽的刻蚀速率要比低深宽比硅槽的刻蚀速率慢
