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半导体光刻原理
一、光刻原理概述
光刻是一种微影技术，是半导体工业重要的制造工艺之一。
其基本原
理是使用一个模板将光投影到光敏材料表面，形成所需的微结构图案。
光刻技术可以提高芯片集成度和性能，也可以在新一代微电子设备制
造上起到重要作用。
二、光刻技术的步骤
光刻技术的具体操作步骤如下：
1.准备掩模和光刻胶：首先制作掩模，并且将掩模和光刻胶放在一起。
2.曝光：将光源照射到掩模上，形成所需的微结构。
3.显影：将曝光后的光刻胶进行显影处理，去除未形成型的部分。
4.涂覆：涂覆镀层，用于接下来的刻蚀。
5.刻蚀：采用刻蚀技术，去除多余的金属或硅材料。
三、光刻原理详解
1.曝光：激光或光源照射到掩模上，掩模上的光线重新聚焦形成所需结构图样，并聚焦在光刻胶表面形成暴露的区域。
2.显影：将照射后的光刻胶进行显影处理，去除暴露的部分，保留未暴露的区域。
3.涂覆：涂覆镀层，用于接下来的刻蚀。
4.刻蚀：利用刻蚀技术，去除多余的金属或硅材料，从而形成所需的微结构。
四、光刻的优缺点
光刻技术的优点是制造复杂的微结构比较容易，在处理芯片上表现突出，同时也适合大量生产。
然而，随着工艺的发展，光刻技术的限制
也变得明显。
它不能刻写小于光波长的微结构，而且它涉及到更多的
光速率和温度处理条件的控制。
五、光刻技术的应用
光刻技术应用于半导体和微电子技术中，以制造LED、光纤通信器件、微机械医疗器械等。
在生产出来的领域中，光刻技术的不断创新和发
展已经成为了微电子产业中的重要基石。
半导体制造技术导论萧宏台译本《半导体制造技术导论》是一本关于半导体制造技术的经典著作，本书由Stephen A. Campbell所著，是目前该领域的权威之作。
该书详细介绍了半导体材料、制造工艺、设备和技术在半导体工业中的应用。
以下是萧宏台老师在2000年所翻译的内容。
第一章半导体引论半导体材料是介于导体和绝缘体之间的一类材料。
常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。
半导体的电学特性可以通过掺杂和施加外场的方式来控制，因此被广泛应用在电子器件中。
本章将介绍半导体的基本概念和性质，为后续内容打下基础。
第二章固态材料半导体材料属于固态材料的范畴，因此理解固态物理、结构和性质对于研究半导体材料至关重要。
本章将详细介绍固态材料的结构、晶体学、缺陷和杂质等内容，并探讨这些因素对半导体材料性能的影响。
第三章半导体材料在这一章中，我们将深入研究半导体材料的种类、特性和制备方法。
着重介绍了硅和III-V族化合物半导体材料的性质和应用，分析了它们在半导体器件中的作用和地位。
第四章掺杂掺杂是操控半导体材料电学性质的重要手段，本章将阐述掺杂技术的原理和方法，包括n型掺杂、p型掺杂以及掺杂剂的选择和特性。
第五章半导体器件本章将介绍半导体器件的种类、结构和工作原理，包括二极管、场效应管、晶体管等常见器件。
深入分析了器件制造工艺和性能优化的关键技术。
第六章半导体器件制造工艺半导体器件的制造过程是非常复杂且精细的，本章将详细介绍半导体器件的制造工艺，包括光刻、沉积、腐蚀、离子注入等关键工艺步骤。
第七章半导体器件测试与可靠性制造出的半导体器件需要进行测试和可靠性评估，以确保其性能符合要求并具有良好的稳定性。
本章将介绍半导体器件测试方法和可靠性评估技术。
第八章半导体制造工厂半导体制造工厂是半导体产业链中的核心环节，本章将介绍半导体制造工厂的结构、设备和流程，以及工厂管理和自动化技术的发展。
第九章其他半导体材料和器件除了硅和III-V族化合物半导体材料，本章还将介绍其他新型半导体材料的研究进展及其在器件中的应用，如碳化硅、氮化镓等。
半导体制造技术导论介绍半导体制造技术是现代电子行业的核心，广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。
本文将介绍半导体制造技术的基本概念、工艺流程以及相关的前沿发展。
基本概念半导体材料半导体材料是指在温度较低时（通常是室温）具有介于导体和绝缘体之间电阻特性的材料。
常见的半导体材料包括硅（Si）和砷化镓（GaAs）等。
PN结PN结是由N型半导体和P型半导体通过扩散或外加电压连接而成的结构。
PN结具有整流特性，可用于制作二极管、晶体管等元件。
MOSFETMOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的半导体器件，由金属栅极、氧化物绝缘层和半导体材料组成。
MOSFET具有高集成度、低功耗和快速开关速度等优点，在现代集成电路中得到广泛应用。
工艺流程半导体制造技术的工艺流程包括晶圆制备、光刻、化学气相沉积（CVD）、离子注入、薄膜沉积等多个步骤。
晶圆制备晶圆是半导体器件制造的基础，通常由硅材料制成。
晶圆制备包括单晶生长、切割和抛光等步骤，确保晶圆表面平整度和纯度。
光刻光刻是一种重要的微影技术，通过将光影射到覆盖在晶圆上的光刻胶上，形成图案。
光刻胶可选择性地保护或暴露下方的材料，用于制作电路的图案。
化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种常用的薄膜沉积技术，通过在反应室中加热气体混合物，在晶圆表面形成所需的材料层。
CVD可用于生长绝缘层、金属层等。
离子注入离子注入是一种掺杂技术，通过加速离子束使其穿过晶圆表面，改变半导体材料的电性能。
离子注入可用于形成导电层、控制PN结等。
薄膜沉积薄膜沉积是一种在晶圆表面形成薄膜的技术，常用的方法包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。
薄膜沉积可用于制作金属线路、绝缘层等。
前沿发展三维集成电路三维集成电路是一种新型的集成电路结构，通过将多个晶圆垂直堆叠或互连，实现更高的集成度和性能。
三维集成电路可以提高芯片性能，减小尺寸，并且有助于解决摩尔定律面临的挑战。
《半导体制造技术》-(美)Michael Ciuik Julian Serda著韩郑生等译电子工业出版社《微电子制造科学原理与工程技术》(第二版)–(美)StephenA.Camphell著曾莹等译电子工业出版社微电子制造：圆片——生成氧化层光刻：淀积电阻材料——形成电阻材料淀积绝缘层——形成绝缘层淀积绝缘层——形成绝缘层薄膜淀积：溅射和蒸发（物理过程）溅射——Ar+轰击含有淀积材料的靶蒸发——对圆片涂敷在圆片上部生长半导体薄层的过程称之为外延生长。
CMOS工艺流程氧化工艺：清洗液：RCH、SC-1、SC-2清洗体系以及Piranha清洗（硫酸、过氧化氢和水的混合物）干法氧化工艺的工艺菜单危险性：酸和碱（PH小于7为酸性，大于7为碱性）有毒性：磷化氢和砷化氢易燃性：酒精和丙铜自然性：硅烷（在空气55℃（130ºF）温度不能够自燃的物质）HF侵蚀玻璃，只能用塑料容器存放和使用。
不相溶的化学物质集成电路制造工艺：N（P）型SiO2 光刻 B LPVCD（SiO2）光刻（引线孔）蒸发光刻集成电路芯片生产，工艺复杂，工艺步骤高达300余步，同时使用多种化学试剂和特种气体。
但总体来说生产工艺流程是使用硅抛光/外延大园片，在其清洗干净的表面上，通过氧化或CVD的方法形成阻挡或隔离层薄膜，由光刻技术形成掺杂孔或接触孔，然后采用离子注入或扩散的方法掺杂形成器件PN结，最后由溅射镀膜或CVD成膜的方法形成互联引线。
主要生产工序包括：清洗—氧化、扩散—CVD沉积—光刻—去胶—干法刻蚀—CMP抛光—湿法腐蚀—离子注入—溅射—检测—入库。
生产所需主要原材料包括硅片、光掩模、石英制品、大宗气体、烷类特种气体、化学试剂、光刻胶、显影剂等几大类，生产产生的污染物包括酸碱废水、含F-废水、CMP废水、酸碱性废气、有机废气、废液等。
大宗气体包括氮气、氧气、氢气、氩气、氦气等。
●纯水装设容量（m3/h）80电阻率(MΩ·CM、25℃) 18.1TOC(ppb) <2细菌(个/100ml) <1Si (ppb) <0.5Na、K、Ca、Ni、Fe、Zn、Cu、Al <0.01Cl(ppb) <0.05SO4、NO3 (ppm) <0.1PO4 (μm) <0.5水温（℃）冷：23±2水压（MPa）0.3±0.05（使用点）●冷却循环水装设容量（m3/h）340供水压力（MPa）0.80供水温度（℃）16回水温度（℃）21供水水质电导率100μm/cm, PH 6.8~7.5 ●高纯氧气（纯化器出口）纯度（%）99.9995装设容量（m3/h）75CO2含量(ppb) < 1如有你有帮助，请购买下载，谢谢！CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1N2 (100ppb) < 1THC(100ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.5●高纯氢气（纯化器出口）纯度（%）99.9999装设容量（m3/h）14含O2量(ppb) < 1CO2含量(ppb) < 1CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1THC(100ppb) < 1N2 (ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.5●高纯氮气纯度（%）99.9999装设容量（m3/h）400含O2量(ppb) < 1CO2含量(ppb) < 1如有你有帮助，请购买下载，谢谢！CO含量(ppb) < 1H2O含量(ppb) < 1THC(100ppb) < 1H2 (ppb) < 1微粒(pcs/l)＞0.1μm< 1使用压力（Mpa）0.6●普通氮气纯度（%）99.999装设容量（含高纯氮）（m3/h）1275含O2量(ppb) < 200CO2含量(ppb) < 100CO含量(ppb) < 100H2O含量(ppb) < 100THC(100ppb) < 100H2 (ppb) < 100微粒(pcs/l)＞0.1μm< 5使用压力（Mpa）0.7●压缩空气露点（%）-70℃装设容量（m3/h）1260微粒(pcs/l)＞0.1μm< 0.35(0.24μm)使用压力（Mpa）0.7工艺生产过程中产生的局部废气包括一般排风、酸性废气、碱性废气与有机废气四类。
后段工艺干法去除光刻胶研究赖海长;郭兴龙【摘要】干法去胶是用等离子体将光刻胶剥除,相对于湿法去胶,干法去胶的效果更好、速度更快.在现代集成电路制造中,干法去胶工艺加氟可有效地提高去除光刻胶的能力,特别是在离子注入之后的去胶工艺,含氟气体产生的氟离子可以防止光刻胶硬化.但在后段干法去胶工艺中,由于含氟气体的引入,会产生一系列的问题.因此,文中提出了对去胶气体组合配比进行改良,大量氧气加少量氮气的气体组合可以得到稳定的灰化率,且能减少机器零部件损耗并解决缺陷问题.提高晶圆反应温度可以大幅度提高灰化率,从而提高去胶设备的产能,降低工艺成本.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)006【总页数】4页(P23-26)【关键词】光刻胶;去胶;灰化;灰化率【作者】赖海长;郭兴龙【作者单位】上海交通大学微电子学院,上海,200240;上海交通大学微电子学院,上海,200240【正文语种】中文【中图分类】TN305.71 引言半导体光刻胶去除工艺，一般意义上说分成两种：传统的湿法去光刻胶和先进的干法去光刻胶，它们都是通过化学反应来去除光刻胶，进行的反应也都是各向同性[1]。
半导体去光刻胶工艺早期是将整盒晶圆一起浸入酸槽，由酸液将光刻胶去除，这种方法的优点是可以将光刻胶去除得很干净，但是缺点也同样明显，速度太慢、生产效率低，并且由于酸液的各向同性腐蚀，对多晶硅和金属刻蚀后去光刻胶的特征尺寸控制极为不利[2]。
所以，目前已经很少使用了，更多的是作为干法去光刻胶的一种补充和作为干法去光刻胶后的清洗存在于业界。
与传统的湿法去胶法相比，干法去胶法具有去胶灰化率高、可靠性高的优点。
其工艺过程特点在于要经由等离子和气体扩散进行真空腔体反应。
由于光刻胶的主要成分是树脂、感光材料和有机溶剂，它们的分子结构都是由长链的碳、氢、氧组成，氧等离子体去胶工艺是利用氧等离子体中的高反应活性的单原子氧极易与光刻胶中的碳氢氧高分子化合物发生聚合物反应，从而生成易挥发性的反应物，最终达到去除光刻胶层的目的[3]。
半导体制造工艺第章光刻光刻是半导体制造工艺中的一个重要步骤。
在半导体芯片制造的过程中，需要将芯片图形化，将设计图案复制到硅片的表面上。
这个步骤就需要光刻技术。
光刻的定义和原理光刻是利用光学系统在硅片表面上生成不同图案的一项技术。
简单来说，就是将持有芯片光掩模的基片放在硅片表面上，并利用紫外线等光源使光掩模的芯片图形投影到硅片表面上，从而完成芯片的形状和结构。
光刻机的主要部分是光源、光学系统，以及涂层沉积和烘烤系统。
硅片表面被涂上光刻胶，并使用紫外线等光源使光刻胶暴露在某些角度上，使辐射透过掩模辐射到涂在硅片表面上的光刻胶。
被照射的部分得到曝光后，经过一定的处理，剩下的部分形成所需的芯片结构。
光刻胶会在这个过程中起到纹路转移的作用，是传统光防蚀工艺及化学机械平整（CMP）处理工艺的重要保护层。
光刻机的类型目前光刻机主要分为：接触式光刻机（Contact）、非接触式光刻机（Non-contact）以及半接触光刻机（Semi-contact）。
根据不同的光掩模和涂层材料，选择不同类型的光刻机可以实现不同的功能需求。
•接触式光刻机接触式光刻机是光刻机的最早类型，利用距离近到可以接触到硅片表面的光掩模，将所需芯片结构投影到硅片表面。
这种方式比较慢，且容易产生挂膜现象，造成芯片质量下降。
但是设计和制造成本相对较低，因此在一些低端应用场景中还在使用。
•非接触式光刻机非接触式光刻机则是直接将掩模和硅片分开一定的距离，利用掩模上的光结构将所需图案投影到硅片表面。
这种光刻机的缺点就是昂贵和对粘附的材料要求更高。
因此，非接触式光刻机主要应用于高端芯片制造行业。
•半接触光刻机半接触光刻机则是将掩模和硅片之间留出一定的距离，既能够保证光防蚀层的不变性，又能够在一些场景下提升芯片制造的速度。
光刻胶的选择与性能光刻胶的选择与性能直接关系到芯片的最终质量。
不同的光刻胶材料对于不同的工艺流程具有不同的优势和劣势。
•碳链长度不同的光刻胶中含有的碳链长度不同，碳链长度决定了光刻胶对于制造工艺中反后效应的抑制效果。
