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一、项目背景 光刻胶是一类利用光化学反应进行精细图案转移的电子化学品。光刻胶在曝光区域发生化学反应，造成曝光和非曝光部分在碱液中溶解性产生明显的差异，经适当的溶剂处理后，溶去可溶部分，得到所需图像。根据化学反应机理，分负性胶和正性胶两类。经曝光、显影后，发生降解反应，溶解度增加的是“正性胶”;发生交联反应，溶解度减小的是“负性胶”。 通常负性胶的灵敏度高于正性胶，而正性胶的分辨率高于负性胶，正性胶对比度高度负性胶。 二、项目特点 1)感光度，指在胶膜上产生一个良好图形所需一定波长的光的能量值，即曝光量。 2)分辨率，是光刻工艺的一个特征指标，表示在基材上能得到的立体图形良好的最小线路； 3)对比度，指光刻胶从曝光区域到非曝光区域过渡的陡度，对比度越好，得到的图形越好； 4)残膜率，经曝光显影后，未曝光区域的光刻胶残余量； 5)涂布性，光刻胶在基材表面形成无针孔、无气泡、无缺陷、膜厚均一； 6)耐热性，光刻工艺中，经过前烘使光刻胶中的溶剂蒸发，得到膜厚均一的胶膜；经过后烘，进一步蒸发溶剂，提高光刻胶在显影后的致密度，增强胶膜与基板的粘附性。这两个过程都要求光刻胶有一定的耐热性； 7)粘附性，蚀刻阶段，光刻胶有抗蚀刻能力； 8）洁净度，对微粒子和金属离子含量等材料洁净度的影响； 三、项目开发价值 a. 如何提高显影质量，光刻胶在显影过程中，通常会出现显影不足、不完全显影、过显影等问题，如何正确显影至关重要； b.如何提高对比度，光刻胶形成图形的侧壁越陡峭，对比度越好，质量越高； c. 如何进一步提高分辨率，光刻胶在集成电路的应用等级，分为普通宽普光刻胶、g线（436nm）、i线（365nm）、KrF（248nm）、ArF（193nm）、F2（157nm），以及最先进的EUV （＜13.5nm）线水平。等级越往上其极限分辨率越高，同一面积的硅晶圆布线密度就越大，性能越好。 d.如何提高去胶率，无论是湿法去胶还是干法去胶，光刻胶去除工艺都需要在低材料损伤、衬底硅材料损伤与光刻胶及其残留物去除效果之间取得平衡；
光刻工艺流程图 一前处理（OAP） 通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份，以增强光刻胶与硅片的粘附性。（亲水表面与光刻胶的粘附性差，SI的亲水性最小，其次SIO2，最后PSI玻璃和BSI玻璃） OAP的主要成分为六甲基二硅烷，在提升光刻胶的粘附性工艺中，它起到的作用不是增粘剂，而是改变SiO2的界面结构，变亲水表面为疏水表面。OAP通常采用蒸汽涂布的方式，简单评
价粘附性的好坏，可在前处理过的硅片上滴一滴水，通过测量水与硅片的接触角，角度越大， SI 二、匀胶 光刻胶通常采用旋涂方式，在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。影响胶厚的最主要因素：光刻胶的粘度及旋转速度。次要因素：排风；回吸；胶泵压力；胶盘；温度。 胶厚的简单算法：光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速 例如：光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分，那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为 12 *3000/1.152 三、前烘 前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂，消除胶膜的机械应力。前烘的作用： 1）增强胶层的沾附能力；2）在接触式曝光中可以提高胶层与掩模板接触时的耐磨性能；3）可以提高和稳定胶层的感光灵敏度。前烘是热处理过程，前烘通常的温度和时间： 烘箱90~115℃ 30分钟 热板90~120℃ 60~90秒 四、光刻 光刻胶经过前烘后，原来液态光刻胶在硅片表面上固化。光刻的目的就是将掩膜版上的图形转移到硅片上。曝光的设备分类接触式、接近式、投影式、步进式/扫描式、电子束曝光、软X射线曝光。 五、显影 经过显影，正胶的曝光区域和负胶的非曝光区域被溶解，正胶的非曝光区域和负胶的曝光区域被保留下来，从而完成图形的转移工作。正胶曝光区域经过曝光后，生成羧酸与碱性的显影液中和反应从而被溶解。负胶的曝光区域经过曝光后产生胶联现象，不被显影液溶解。而未曝光的区域则被显影液溶解掉。定影液的作用是漂洗显影过程中产生的碎片，挤出残余的显影液，另外还可以起到收缩图形，提高图形的质量。
光刻工艺流程 Lithography Process 摘要：光刻技术（lithography technology)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学，物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。 Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating → Soft bake → exposure → development →hard bake → etching → Strip Photoresist. 关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。 Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist. 引言： 光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微
光刻 一、概述： 光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning）。 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 二、光学基础： 光的反射（reflection）。光射到任何表面的时候都会发生反射，并且符合反射定律：入射角等于反射角。在曝光的时候，光刻胶往往会在硅片表面或者金属层发生反射，使不希望被曝光的光刻胶被曝光，从而造成图形复制的偏差。常常需要用抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）来改善因反射造成的缺陷。 光的折射（refraction）。光通过一种透明介质进入到另一种透明介质的时候，发生方向的改变。主要是因为在两种介质中光的传播速度不同（λ=v/f）。直观来说是两种介质中光的入射角发生改变。所以我们在90nm工艺中利用高折射率的水为介质（空气的折射率为1.0，而水的折射率为1.47），采用浸入式光刻技术，从而提高了分辨率。而且这种技术有可能将被沿用至45nm工艺节点。 光的衍射或者绕射（diffraction）。光在传播过程中遇到障碍物（小孔或者轮廓分明的边缘）时，会发生光传播路线的改变。曝光的时候，掩膜板上有尺寸很小的图形而且间距很窄。衍射会使光部分发散，导致光刻胶上不需要曝光的区域被曝光。衍射现象会造成分辨率的下降。 光的干涉（interference）。波的本质是正弦曲线。任何形式的正弦波只要具有相同的频率就能相互干涉，即相长相消：相位相同，彼此相长；相位不同，彼此相消。在曝光的过程中，反射光与折射光往往会发生干涉，从而降低了图形特征复制的分辨率。 调制传输函数（MTF, Modulation Transfer Function）。用于定义明暗对比度的参数。即分辨掩膜板上明暗图形的能力，与光线的衍射效应密切相关。MTF=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)，好的调制传输函数，就会得到更加陡直的光刻胶显影图形，即有高的分辨率。临界调制传输函数（CMTF,Critical Modulation Transfer Function）。主要表征光刻胶本身曝光对比度的参数。即光刻胶分辨透射光线明暗的能力。一般来说光路系统的调制传输函数必须大于光刻胶的临界调制传输函数，即MTF>CMTF。 数值孔径（NA, Numerical Aperture）。透镜收集衍射光（聚光）的能力。NA=n*sinθ=n*（透镜半径/透镜焦长）。一般来说NA大小为0.5~0.85。提高数值孔径的方法：1、提高介质折射率n，采用水代替空气；2、增大透镜的半径； 分辨率（Resolution）。区分临近最小尺寸图形的能力。R=kλ/(NA)=0.66/(n*sinθ) 。提高分辨率的方法：1、减小光源的波长；2、采用高分辨率的光刻胶；3、增大透镜半径；4、采用高折射率的介质，即采用浸入式光刻技术；5、优化光学棱镜系统以提高k（0.4~0.7）值（k是标志工艺水平的参数）。 焦深（DOF，Depth of Focus）。表示焦点周围的范围，在该范围内图像连续地保持清晰。焦深是焦点上面和下面的范围，焦深应该穿越整个光刻胶层的上下表面，这样才能够保证光刻胶完全曝光。DOF=kλ/(NA)2。增大焦深的方法：1、增大光源的波长；2、采用小的数值
光刻中常见的效应和概念 1、驻波效应（Standing Wave Effect） 现象：在光刻胶曝光的过程中，透射光与反射光（在基底或者表面）之间会发生干涉。这种相同频率的光波之间的干涉，在光刻胶的曝光区域内出现相长相消的条纹。光刻胶在显影后，在侧壁会产生波浪状的不平整。 解决方案：a、在光刻胶内加入染色剂，降低干涉现象；b、在光刻胶的上下表面增加抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating）；c、后烘（PEB，Post Exposure Baking）和硬烘（HB，Hard Baking）。 2、摆线效应（Swing Curve Effect） 现象：在光刻胶曝光时，以相同的曝光剂量对不同厚度的光刻胶曝光，从而引起关键尺寸（CD，Critical dimension）的误差。 3、反射切口效应（Notching Effect） 现象：在光刻胶曝光时，由于接触孔尺寸的偏移等原因使入射光线直接照射到金属或多晶硅上发生发射，使不希望曝光的光刻胶被曝光，显影后，在光刻胶的底部出现缺口。 解决方案：a、提高套刻精度，防止接触孔打偏；b、涂覆抗反射涂层。 4、脚状图形（Footing Profiles） 现象：在光刻胶的底部，出现曝光不足。使显影后，底部有明显的光刻胶残留。 解决方案：a、妥善保管光刻胶，不要让其存放于碱性环境中；b、在涂覆光刻胶之前，硅片表面要清洗干净，防止硅基底上有碱性物质的残余。 5、T型图形（T-Top Profiles） 现象：由于表面的感光剂不足而造成表层光刻胶的图形尺寸变窄。
解决方案：注意腔室中保持清洁，排除腔室中的碱性气体污染。 6、分辨率增强技术（RET，Resolution Enhanced Technology） 包括偏轴曝光（OAI，Off Axis Illumination）、相移掩膜板技术（PSM，Phase Shift Mask）、光学近似修正（OPC，Optical Proximity Correction）以及光刻胶技术等。 a、偏轴曝光（OAI，Off Axis Illumination） 改变光源入射光方向使之与掩膜板保持一定角度，可以改善光强分布的均匀性。但同时，光强有所削弱。 b、相移掩膜板技术（PSM，Phase Shift Mask） 在掩膜板上，周期性地在相邻的图形中，每隔一个图形特征对掩膜板的结构（减薄或者加厚）进行改变，使相邻图形的相位相差180度，从而可以达到提升分辨率的目的。 相移掩膜板技术使掩膜板的制作难度和成本大幅增加。 c、光学近似修正（OPC，Optical Proximity Correction） 在曝光过程中，往往会因为光学临近效应使最后的图形质量下降：线宽的变化；转角的圆化；线长的缩短等。需要采用“智能型掩膜板工程（Clever Mask Engineering）” 来补偿这种尺寸变化。 7、显影后检测（ADI，After Development Inspection） 主要是检查硅片表面的缺陷。通常将一个无缺陷得标准图形存于电脑中，然后用每个芯片的图形与标准相比较，出现多少不同的点，就会在硅片的defect map 中显示多少个缺陷。 8、抗反射涂层（ARC，Anti-Reflective Coating） 光刻胶照射到光刻胶上时，使光刻胶曝光。但同时，在光刻胶层的上下表面也会产生反射而产生切口效应和驻波效应。 a、底部抗反射涂层（BARC，Bottom Anti-Reflective Coating）。将抗反射涂层涂覆在光刻胶的底部来减少底部光的反射。有两种涂层材料：有机抗反射涂层（Organic），在硅片表面旋涂，依靠有机层直接接收掉入射光线；无机抗反射涂层（Inorganic），在硅片表面利用等离子增强化学气相沉积（PECVD，Plasma
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning)光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮 气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。
目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速 旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率）： I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～ 0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～120℃,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶 玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。
《微电子学导论》课程报告题目：光刻工艺概述 姓名：王泽卫 学号：2011700214 专业：材料科学与工程 完成日期：2014年11月17日
光刻工艺概述 摘要：从半导体制造的初期，光刻就被认为是集成电路制造工艺发展的驱动力。直到今天，集成电路正致力于把更多的器件和组合电路集成在一个芯片上，这种趋势仍在延续。在半导体制造业发展的五十年来，正像摩尔定律所阐明的，相比于其他单个技术来说，光刻对芯片性能的发展有着革命性的贡献。本文将从光刻的原理、工艺流程、以及目前先进的光刻工艺等几个方面对其进行介绍。 关键词：光刻原理、光刻工艺流程、先进光刻工艺 一、光刻概述 （一）光刻的概念及原理 光刻就是利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术，在工件表面制取精密、微细和复杂薄层图形的化学加工方法。在光刻的过程中，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。光刻过程的其他说法是照相、光刻、掩膜、图形形成。总的来说，光刻指的是将图形转移到转移到一个平面的任一复制过程。因此，光刻有时就是指“复制”。 光刻的原理就是利用光致抗蚀剂(或称光刻胶)感光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，将掩模板上的图形刻制到被加工表面上。在光刻的过程中，为获得令人满意的光刻图形，对光刻提出了几点要求：高分辨率；光刻胶高光敏性；精确对准；精确的工艺参数控制；低缺陷密度。 （二）光刻胶 光刻胶也称为光致抗蚀剂，它是由感光树脂、增感剂和溶剂三部分组成的对光敏感的混合液体。光刻胶主要用来将光刻掩模板上的图形转移到元件上。 根据光刻胶的化学反应机理和显影原理，可将其分为：正性光刻胶和负性光刻胶。负性光刻胶把与掩膜版上图形相反的图形复制到硅片表面。正性光刻胶把与掩膜版上相同的图形复制到硅片表面。 根据所能形成的图形的关键尺寸可将其分为：传统光刻胶（包括I线、G线和H线）和深紫外光刻胶。传统的光刻胶只适用于线宽在0.35μm和以上的硅
光刻工艺介绍 一、定义与简介 光刻是所有四个基本工艺中最关键的，也就是被称为大家熟知的photo，lithography，photomasking, masking, 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成，这些部件是预先做在一块或者数块光罩上，并且结合生成薄膜，通过光刻工艺过程，去除特定部分，最终在晶圆上保留特征图形的部分。 光刻其实就是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成，现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm，我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。
二、光刻工艺流程介绍 光刻与照相类似，其工艺流程也类似： 实际上，普通光刻工艺流程包括下面的流程：
1)Substrate Pretreatment 即预处理，目的是改变晶圆表面的性质， 使其能和光刻胶（PR）粘连牢固。主要方法就是涂HMDS，在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃，上面用喷入氮气加压的雾状HMDS，使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构，反应充分后在23℃冷板上降温。该方法效果远比传统的热板加热除湿好。 2)Spin coat即旋转涂光刻胶，用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的 均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂，感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm，而最好的工作转速在2000～3000rpm。 3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘，目的是除去光刻胶中溶剂。一般是 在90℃的热板中完成。 4)Exposure即曝光，这也是光刻工艺中最为重要的一步，就是用 紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面，从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。这一步曝光的能量(Dose)和成像焦点偏移(Focus offset)尤为重要. 5)Post Exposure Bake(PEB)即后烘，这是非常重要的一步。在 I-line光刻机中，这一步的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应，
第一章思考题 1、晶格、晶胞、原胞、单晶体、多晶体、晶向、晶面（表示方法）。 2、已知硅晶体晶格常数为a，根据硅晶体结构的特点，求硅晶体中原子密度、最小原子间距、空间利用率、<100><110><111>晶向原子线密度、(100)(110)(111)晶面原子面密度。 3、为什么硅晶体中的晶格为复式晶格？ 4、为什么硅单晶在生长、化学腐蚀、解理、扩散速度等方面具有各向异性的特点? 5、晶体中缺陷的种类？ 6、半导体材料中的杂质类型？ 7、固溶体？固溶体主要可分为哪两类，各自特点？固溶度（最大溶解度）？ 1.IC的性能及制造IC对半导体硅材料的要求有哪些？ 2.高纯硅制备过程？ 3.直拉法单晶生长过程（每步工艺）？ 4.硅片加工过程？ 第二章思考题 ?IC中SiO2的作用有哪些？ ?SiO2结构，桥键氧，非桥键氧，为什么无定形SiO2无固定熔点。 ?为什么热氧化过程中是氧等氧化剂穿过SiO2而不是Si穿过SiO2发生氧化反应？ ?了解SiO2的主要性质（密度、折射率、电阻率、介电常数、腐蚀）？ ?杂质在SiO2中的存在形式及其对SiO2性质的影响。 ?SiO2为什么可作为扩散掩蔽膜？IC工艺中为何要尽量避免Na污染？?SiO2扩散掩蔽层厚度的确定？计算题 制备SiO2的方法，其中热氧化可分为几种，说明各自的特点 ?热氧化经历的几个步骤。 ?氧化层厚度与时间关系。计算题 影响氧化速率的各种因素。何谓位阻现象？氧化过程中水汽的来源？氧化过程中加入氯可使二氧化硅性质得到哪些改善？ 热氧化过程中决定杂质再分布的因素有哪几方面？何为分凝现象、系数。热氧化过程中的杂质再分布的几种可能情况？再分布后硅表面杂质浓度与哪些因素有关？ ?在ULSI中，薄栅氧化层（<10nm）应满足哪些要求？如何制备高质量的薄栅氧化层 在SiO2内和Si- SiO2界面有哪些电荷，对器件的性能有何影响？改进方法。 ?氧化膜厚度的检测方法？ 第三章思考题 扩散工艺，扩散在集成电路制造中的应用 杂质在硅中的两种扩散机构，间隙式杂质，间隙式扩散、替位杂质，替位式扩散、为什么替位杂质比间隙杂质运动困难。菲克第一定律、表达式，决定扩散系数的基本量。扩散方程（菲克第二定律）表达式。
光刻胶产品的介绍 光刻胶产品主要适用于集成电路产业和平板显示器产业的光刻工艺，以得到精细线路。文章介绍了高世代平板显示器用光刻胶产品的性能，用途。 标签：光刻胶；性能；用途 前言 所谓光刻胶（photoresist），是一类利用光化学反应进行精细图形转移的化学品。应用于集成电路、平板显示器、光伏电池、LED等产业。文章主要讨论用于高世代平板显示器（FPD）产业的正性光刻胶。 光刻胶隶属于电子化学品，指为电子工业配套的精细化工材料。工信部指出，“十一五”期，我国必须大力发展电子材料产业，缩小电子材料与国外先进水平的差距，提高国内自主配套能力，为电子信息产业的发展提供有力支撑。 文章讨论的正性光刻胶，利用曝光、显影后，感光部分树脂的溶解度远大于非感光部分树脂的特性，通过光刻工艺（LITHOGRAPHY），得到所需的线路图形，是光刻工艺中使用的关键化学品。 高世代的面板工厂，需建设大面积无尘洁净空间，购置大型的自动化精密机械，投资高昂。为面板工厂配套的各类电子化学品，需满足面板工厂对大尺寸和精细线路方面的高要求，才能保证产品的正品率，以收回高昂投资。 1 光刻胶的介绍 光刻胶，在曝光区域发生化学反应，造成曝光和非曝光部分在碱液中溶解性产生明显的差异，经适当的溶剂处理后，溶去可溶性部分，得到所需图像。根据其化学反应机理，分负性胶和正性胶两类。经曝光、显影后，溶解度增加的是“正性胶”，溶解度减小的是“负性胶”。正性胶有良好的分辨率，但成本较高。 适用于高世代平板显示器产业的光刻胶，一般采用正性光刻胶，以得到良好的分辨率。FPD工厂所用的曝光光源，一般采用H-line/G-line/I-line的紫外混合光源，光源波长在300nm～450nm范围。为适应高世代平板显示器尺寸越来越大的趋势，多采用刮涂工艺（SLIT COATING）。 典型的高世代平板显示器产业所用的正性光刻胶，主要成分和作用是：（1）线性酚醛树脂为成膜树脂，通过涂布工艺在喷溅金属的玻璃基材表面形成树脂涂层，利用光刻工艺，在涂层上“印制”线路。（2）感光剂（photo-active compound，简称PAC）采用邻重氮萘醌（diazo-naphthoquinone，简称为DNQ）磺酸酯，利用PAC在感光和非感光部分不同的反应，得到所需的图形。（3）溶剂和添加剂，溶剂作用是得到均匀的稀释液体，以便涂布时有良好的流动性，形成表面均一平
半导体工艺01——A 题号一二三四五总分 分数 评卷人 一名词解释（18分） 1.分辨率及焦深的定义。 分辨率：在光刻中，分辨率被定义为清晰分辨出硅片上间隔很近的特征图形对的能力（例如相等 的线条和间距）。R=kλ / NA （k—工艺因子0.6-0.8；λ—曝光波长；NA—数值孔径） 焦深：焦点周围的一个范围，在这个范围内图像连续保持清晰，这个范围被称做焦深DOF。 DOF=λ / 2（NA*NA） 2.什么是热退火？ 在一定的温度下，经过适当时间的热处理，则晶片中的损伤就可能部分或全部得到消除，少数载流子寿命以及迁移率也会不同程度的得到恢复，掺入的杂质也得到一定比例的电激活，这样的处理过程称为热退火。 3 什么是深紫外光刻胶的化学放大？ 随着一种基于化学放大的DUV波长光刻胶的引入，光刻胶技术发生了一个重大的变化。化学放大的意思是对于那些DNQ线性酚醛树脂极大的增加它们的敏感性，所有的正性和负性248nm的光刻胶都可以化学放大； 4.什么是金属化？列举几种金属化工艺 金属化是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜上淀积金属薄膜以及随后刻印图形以便形成互连金属线和集成电路的孔填充塞的过程。 金属化工艺包括蒸发、溅射、金属CVD、铜电镀 5. 鸟嘴效应 在局部氧化工艺过程中，由于氧化层比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生长将抬高氮化物的边缘，我们称这种现象为鸟嘴效应。 6.SOG、BPSG、FSG、CVD、CMP、RTP各是什么的缩写？ 旋涂玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃、化学气相淀积、化学机械平坦化、快速热处理 1
二填空（22分） 1.常见的外延方法：汽相外延（VPE）、液相外延（LPE）、分子束外延（MBE）； 2. 集成电路封装的4个重要功能有：保护芯片以免由环境和传递引起的损坏为芯片的信号输入和输出提供互连成一片芯片的物理支撑散热 2.引线键合的方法有：热压键合超声键合热超声球键合 4. CVD的五种类型： 化学气相淀积（CVD）、电镀、物理气相淀积（PVD或濺射）、蒸发、旋涂方法； 5.列出Si/SiO界面处的四种氧化物电荷： 界面陷阱电荷、可移动氧化物电荷、正氧化物陷阱电荷、负氧化物陷阱电荷 6 主要的ESD控制方法有：防静电的净化间材料. ESD接地空气电离 三简答（24分） 1. 简述光刻的步骤 1）气相成底膜处理。2）旋转涂胶。3）软烘。4）对准和曝光 5）曝光后烘焙。6）显影；在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。7）坚膜烘焙。8）显影后检查。 2. 离子注入的优点有哪些？ 1）能在很大范围内精确控制注入杂质浓度； 2）很好的杂质均匀性； 3）通过控制注入过程中离子能量控制杂质的穿透深度，增大拉设计的灵活性； 4）产生单一离子束：质量分离技术产生没有沾污的纯离子束不同的杂质能够被选出进行注入； 5）低温工艺：注入在中等温度下进行，允许使用不同的光刻胶以及光刻掩膜版； 6）注入的离子能穿过薄膜：增大了注入的灵活性； 7）无固溶度极限：注入杂质含量不受硅片固溶度限制； 2
集成电路工艺之
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介
光刻
IC 工艺流程
Materials IC Fab Metallization Wafers Thermal Processes Masks Implant PR strip Etch PR strip Packaging CMP Dielectric deposition Test
IC 制造
e-Beam or Photo
EDA
Mask or Reticle
Ion Implant
PR
Etch
Chip
Photolithography
Final Test
Photolithography IC Design
EDA: 自动化电子设计 PR: 光刻胶
光刻基本介绍
? 在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 ? 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 ? 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 ? 光刻占40%到 50% 的流片时间。 ? 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的 工艺技术，最早的构想来源于印刷技术中的照相制 版。光刻技术最早于1958年开始应用，并实现了平 面晶体管的制作。
光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 前烘和前处理 光刻胶涂布 匀胶后烘 对准和曝光 曝光后烘 显影 显影后烘 图形检查
涂胶
曝光 显影
硅片清洗
Clean Gate Oxide Primer
前烘和前处理
Polysilicon STI P-Well USG STI
Polysilicon USG P-Well
光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护）目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming） 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染；b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）； b、动态（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotation per minute）、滴胶、加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：光刻胶的黏度（Viscosity），黏度越低，光刻胶的厚度越薄；旋转速度，速度越快，厚度越薄； 影响光刻胶厚度均运性的参数：旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关（因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率）：I-line最厚，约0.7～3μm；KrF的厚度约0.4～0.9μm；ArF的厚度约0.2～0.5μm。 4、软烘（Soft Baking） 方法：真空热板，85～1200C,30～60秒； 目的：除去溶剂（4～7%）；增强黏附性；释放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备； 边缘光刻胶的去除（EBR，Edge Bead Removal）。光刻胶涂覆后，在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀，不能得到很好的图形，而且容易发生剥离（Peeling）而影响其它部分的图形。所以需要去除。 方法：a、化学的方法（Chemical EBR）。软烘后，用PGMEA或EGMEA去边溶剂，喷出少量在正反面边缘出，并小心控制不要到达光刻胶有效区域； b、光学方法（Optical EBR）。即硅片边缘曝光（WEE，Wafer Edge Exposure）。在完成图形的曝光后，用激光曝光硅片边缘，然后在显影或特殊溶剂中溶解； 5、对准并曝光（Alignment and Exposure） 对准方法：a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；b、通过对准标志（Align Mark），位于切割槽（Scribe Line）上。另外层间对准，即套刻精度（Overlay），保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。 曝光中最重要的两个参数是：曝光能量（Energy）和焦距（Focus）。如果能量和焦距调整不好，就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。 曝光方法： a、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
第五章光刻作业 1、光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。 光刻的目的： 光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。 2、光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型：光聚合型、光分解型、光交联型。 3、负胶特点： ①曝光前可溶，曝光后不可溶 ②良好的粘附能力 ③良好的阻挡作用 ④感光速度快 ⑤显影时吸收显影液发生膨胀和变形。所以只能用于2μm以上的分辨率 4、正胶特点： ①曝光前不可溶，曝光后可溶 ②分辨率高 ③台阶覆盖好 ④对比度好 ⑤粘附性差 ⑥抗刻蚀能力差 ⑦高成本 6、分辨率定义：《半导体制造技术》p312 倒数第二段。 8、光刻工艺中的HMDS是什么？它其什么作用？《半导体制造技术》p320后两段。 13、列出并描述旋涂光刻胶的4个基本步骤。《半导体制造技术》p330 14、陈述软烘的4个原因。《半导体制造技术》p333 18、列出并解释两种形式的光波干涉。《半导体制造技术》p344 19、光刻中使用的两种UV光源是什么？《半导体制造技术》p346
21、哪种激光器用做248nm的光源？193nm的光源是什么？《半导体制造技术》p348 23、驻波效应：光线照射到光刻胶与晶圆的界面上会产生部分反射。反射光与入射光会叠加形成驻波，形成驻波效应。驻波效应影响光刻分辨率。后烘烤后会部分消除驻波效应。 25、画图题：画出并描述光刻的基本工艺流程。
光刻基本知识介绍(Optical Lithography) 随着科技的进步，微电子工业的制造技术一日千里，其中微影技术扮演着最重要的角色之一。只要关于图形上的定义（patterning），皆需要使用微影技术，本文将对一般最常使用的光学微影技术（Optical Lithography）作一简单的介绍。 所谓的光微影术，简单的说就是希望将设计好的线路图形，完整且精确地复制到晶圆上。如图一所示，半导体厂首先需将设计好的图形制作成光罩（photo mask），应用光学成像的原理，将图形投影至晶圆上。由光源发出的光，只有经过光罩透明区域的部分可以继续通过透镜，而呈像在晶圆表面。 晶圆表面事先需经清洁处理，再涂抹上类似底片功能的感光化学物质，称为光阻剂(photo resist）。通过光罩及透镜的光线会与光阻剂产生反应，通常我们称此步骤为曝光。 图一：为标准光微影制程，曝光源通过光罩、透镜，最后将光罩图形成像于晶圆上。(取自Ref. 1) 曝光后的晶圆需再经显影( development ) 步骤，以化学方式处理晶圆上曝光与未曝光的光阻剂，即可将光罩上的图形完整地转移到芯片上，然后接续其它的制程。因此在光微影技术中，光罩、光阻剂、光阻涂布显影设备、对准曝光系统等，皆是在不同的制程中，可以视需要选择使用不同的光阻剂，以移除或保留选定的图形，类似雕刻中的阴刻或阳刻技巧。如图二所示，右边使用的是正光阻，经光罩阻挡而未曝光的部份可以保护底下的晶圆，曝光的部份最后则经蚀刻移除；图左使用的是负光阻，移除的是曝光的部份。 图二：选择使用不同的光阻剂的制程；右下图使用的是正光阻，左下图使用的是负光阻。(取自Ref. 2)
NIKON工艺 一、对位 概述 对光刻而言，其最重要的工艺控制项有两个，其一是条宽控制，其二是对位控制。随着产品特征尺寸的越来越小，条宽和对位控制的要求也越来越高。目前0.5um的产品，条宽的要求一般是不超过中心值的10%，即条宽在0.5±0.05um之间变化；对位则根据不同的层次有不同的要求，一般而言，在多晶和孔光刻时对位的要求最高，特别是在孔光刻时，由于孔分为有源区和多晶上的孔，对位的要求更高，部分产品多晶上孔的对位偏差甚至要求小于0.14um。 在现在的IC电路制造过程中，一个完整的芯片一般都要经过十几到二十几次的光刻，在这么多次光刻中，除了第一次光刻以外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次留下的图形对准。对位的过程存在于上版和圆片曝光的过程中，其目的是将光刻版上的图形最大精度的覆盖到圆片上已存在的图形上。它包括了以下几部分：光刻版对位系统、圆片对位系统（又包括LSA、FIA等）。对于NIKON的步进重复曝光机（Step & Repeat）而言，对位其实也就是定位，它实际上不是用圆片上的图形与掩膜版上的图形直接对准来对位的，而是彼此独立的，即，确定掩膜版的位臵是一个独立的过程，确定圆片的位臵又是另一个独立的过程。它的对位原理是，在曝光台上有一基准标记，可以把它看作是定位用坐标系的原点，所有其它的位臵都相对该点来确定的。分别将掩膜版和圆片与该基准标记对准就可确定它们的位臵。在确定了两者的位臵后，掩膜版上的图形转移到圆片上就是对准的。 光刻版对位系统 略。 圆片对位系统 圆片对位系统中，根据特定的应用或为解决依赖于圆片工艺（如铝层）而产生的对位错误，发展了各种各样对位系统：LSA、LIA、FIA。这里先作一个比较：这三种方式的最大差异是处理对位过程中遇到问题的侧重点不同，特别是在铝上，高温溅射的铝在
思考题 将硅单晶棒制作成硅片包括哪些工序？ 切片可决定晶片的哪四个参数？ 硅单晶片研磨后为何要清洗？ 硅片表面吸附杂质的存在形态有哪些？对这些形态按何种顺序进行清洗？ 硅片研磨及清洗后为何要进行化学腐蚀？腐蚀方法有哪些？ CMP包括哪2个动力学过程？控制参数有哪些？ 集成电路制造过程中常用的1号、2号、3号清洗液组成是什么？各有什么用途？ 硅气相外延工艺采用的衬底不是准确的晶向，通常偏离（100）或（111）等晶向一个小角度，为什么？ 外延层杂质的分布主要受哪几种因素影响？ 异质外延对衬底和外延层有什么要求？ 比较分子束外延(MBE)生长硅与气相外延（VPE）生长硅的优缺点 SiO2按结构特点分为哪些类型？热氧化生长的SiO2属那一类？ 在SiO2中何谓桥键氧？何谓非桥键氧？，对SiO2密度有何影响？ 二氧化硅层的主要作用有哪些？ 二氧化硅网络中按杂质在网络中所处位置不同可分为哪几类？ 热氧化方法有哪几种？各有何优缺点？ 影响氧化速率的因素有哪些？ 影响SiO2热氧化层电性的电荷来源主要有哪些种类？这些电荷对器件有何危害？降低这些电荷浓度的措施有哪些？ 为何热氧化时要控制钠离子的含量？降低钠离子污染的措施有哪些？ 掺氯氧化工艺对提高氧化膜质量有哪些作用？ 由热氧化机理解释干、湿氧氧化速率相差很大这一现象的原因？ 薄层工艺（10nm以下氧化层）过程中应注意哪些要求？现采用的工艺有哪些？ 氧化层膜厚的测定方法有哪些？ 热氧化时常见的缺陷有哪些？产生的原因有哪些？ 什么是掺杂？ 热扩散的机制有哪些？ 扩散源有哪些存在形态？ 实际生产中为何采用二步扩散？预扩与主扩的杂质浓度分布各有何特点？ 叙述氧化增强扩散及发射区推进效应及其产生的机理？ 与预扩散相比，为什么B再扩后表面电阻变大而P再扩后表面电阻会变小？ 与热扩散相比，离子注入有哪些优点？ 什么是沟道效应？如何降低沟道效应？ 什么是离子注入损伤？损伤类型有哪些？ 离子注入掺杂后为何要进行退火？其作用是什么？ 离子注入设备的主要部件有哪些？ 离子注入工艺技术中须控制的工艺参数及设备参数有哪些？ 等离子体是如何产生的？PECVD是如何利用等离子体的？ SiO2作为保护膜时为什么需要采用低温工艺?目前低温SiO2工艺有哪些方法?它们降低制备温度的原理是什么？