电子科大微电子工艺(第五章)光刻工艺

光刻工艺的基本步骤传统的光刻工艺是相对目前已经或尚未应用于集成电路产业的先进光刻工艺而言的，普遍认为193nm 波长的ArF 深紫外光刻工艺是分水岭（见下表）。

这是因为 193nm 的光刻依靠浸没式和多重曝光技术的支撑，可以满足从 0.13um至7nm 共9个技术节点的光刻需要。

光源与波段光波长应用技术节点紫外线（汞灯）g线436nm 0.5um以上i线365nm 0.35～0.25um深紫外线（DUV）KrF 248nm 0.25～0.13umArF 193nm 0.13um～7nmF2 157nm 无产业化应用等离子体极紫外线极紫外线（软X）13.5nm 7nm/5nm以下为了将掩模版（也称掩膜版）上的设计线路图形转移到硅片上，首先需要通过曝光工艺（俗称光刻）来实现转移，然后通过刻蚀工艺得到硅图形：由于光刻工艺区的照明采用的是感光材料不敏感的黄色光源，因此又称黄光区。

光刻技术最先应用于印刷行业，并且是早期制造 PCB 的主要技术。

自20世纪50年代起，光刻技术逐步成为集成电路芯片制造中图形转移的主流技术。

光刻工艺的关键指标包括分辦率、灵敏度、套准精度、缺陷率等。

光刻工艺中最关键的材料是作为感光材料的光刻胶，由于光刻胶的敏感性依赖于光源波长，所以g/i线、248nm KrF、193nm ArF 等光刻工艺需要采用不同的光刻胶材料，如i线光刻胶中最常见的重氮荼醌(DNQ）线性酚醛树脂就不适用于 193nm 光刻工艺。

光刻胶按极性可分为正光刻胶（简称正胶）和负光刻胶（简称负胶）两种，其性能差别在于：负光刻胶曝光区域在曝光显影后变硬而留在圆片表面，未曝光部分被显影剂溶解；正光刻胶经过曝光后，曝光区域的胶连状聚合物会因为光溶解作用而断裂变软，最后被显影剂溶解，而未曝光的部分则保留在圆片表面。

先进芯片的制造大都使用正光刻胶，这是因为正光刻胶能达到纳米图形尺寸所要求的高分辦率。

16nm/14nm 及以下技术代在通孔和金属层又发展出正胶负显影技术，将末经曝光的正光刻胶使用负显影液清洗掉，留下曝光的光刻胶，这种方法可提高小尺寸沟槽的成像对比度。

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。

看懂光刻机-光刻工艺流程详解看懂光刻机:光刻工艺流程详解半导体芯片生产主要分为IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节。

IC 设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定，并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。

IC 制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，并实现预定的芯片功能，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。

IC 封测完成对芯片的封装和性能、功能测试，是产品交付前的最后工序。

芯片制造核心工艺主要设备全景图光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。

半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上，这一过程通过光刻来实现，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。

芯片在生产中需要进行20-30 次的光刻，耗时占到IC 生产环节的50%左右，占芯片生产成本的1/3。

光刻工艺流程详解光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过掩模照射在硅片表面，被光线照射到的光刻胶会发生反应。

此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。

光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀，最后洗去剩余光刻胶，就实现了半导体器件在硅片表面的构建过程。

光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺，区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。

负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解，并会硬化，不会被溶剂洗掉，从而该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉，负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。

在硅片表面构建半导体器件的过程正性光刻与负性光刻相反，曝光部分的光刻胶会被破坏从而被溶剂洗掉，该部分的硅片没。

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1. 衬底准备。

清洁衬底去除污染物和颗粒。

施加光阻剂，形成一层对光敏感的薄膜。

微电子工艺流程微电子工艺流程是指在微电子器件的制造过程中，通过一系列的工艺步骤，将所需的材料和结构功能成功地加工在硅基片上，从而完成微电子器件的制造。

下面将介绍一个典型的微电子工艺流程。

首先，微电子工艺的第一步是准备硅基片。

硅基片是微电子器件的基础，需要在一定的工艺条件下制备出具有高纯度和高质量的硅片。

通常的制备方法包括从高纯度硅溶液中拉制单晶硅棒，然后将硅棒切割成一定厚度的硅片。

第二步是清洗硅基片。

经过切割的硅片表面可能被污染物污染，需要通过一系列的化学处理步骤，如浸泡在酸碱溶液中，去除表面的污染物和氧化层。

第三步是沉积薄膜。

在微电子器件的制造过程中，通常需要在硅基片上沉积一层或多层薄膜，用于构建电路、绝缘层或保护层。

常见的沉积方法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和溅射等。

第四步是光刻。

光刻技术是微电子工艺中非常关键的步骤，利用光敏胶和光刻机，将设计好的芯片图案转移到硅基片上。

首先，将光敏胶喷涂在硅基片上，然后使用光刻机将光刻胶曝光，即使得光刻胶中的某些部分发生物理或化学变化，形成芯片图案。

接下来，通过化学溶解或蒸发去除未曝光部分的光刻胶，得到芯片图案的模板。

第五步是蚀刻。

通过蚀刻技术，将光刻胶遮盖的部分去除，显露出硅基片上被保护的区域。

常用的蚀刻方法有干法蚀刻和湿法蚀刻。

干法蚀刻是利用气体或等离子体与硅基片上的材料反应，将其逐层蚀刻。

湿法蚀刻是使用化学溶液，将硅基片表面的材料溶解掉。

第六步是电镀。

有时候，为了增加芯片的导电性或保护层的厚度，需要在硅基片上进行电镀。

电镀是通过电化学反应，在硅基片上沉积金属，如铜、镍等。

第七步是退火。

退火是将硅基片加热到一定温度，以改善材料的电子性能和结构稳定性。

退火的温度和时间可以根据具体芯片的要求来确定。

最后一步是测试和封装。

制造好的芯片需要进行一系列的测试，包括电性能测试和可靠性测试等。

对于通过测试的芯片，还需要进行封装，以便在实际应用中能够方便地连接到其他电子器件。

光刻工艺资料整理上一篇/ 下一篇 2007-12-10 20:10:25 / 个人分类：光刻查看( 121 ) / 评论( 0 ) / 评分( 0 / 0 )光刻工艺资料整理概述：光刻技术是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造中是重要的经济影响因子，光刻成本占据了整个制造成本的35％。

光刻也是决定集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。

所以说光刻系统的先进程度也就决定了光刻工程的高低。

1.光刻工艺简介光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺。

在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜，被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。

光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, masking, photolithography, 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。

这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。

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（parts）的关联正确。

光刻是所有四个基本工艺中最关键的。

光刻确定了器件的关键尺寸。

光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。

图形的错位也会导致类似的不良结果。

光刻工艺中的另一个问题是缺陷。

光刻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。

在制程中的污染物会造成缺陷。

事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。

光刻工艺过程包括有：涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等。

课程内容：1 光刻前的准备工作1.1 准备要求1.2 准备方法1.2.1 光刻前待光刻片子置于干燥塔中1.2.2 氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶1.2.3 对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧（氧化温度）1.2.4 涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟2 涂胶2.1 涂胶的要求2.2 涂胶的方法2.2.1 旋转涂胶法2.2.2 喷涂法2.2.3 浸涂法3 前烘3.1 前烘要求3.2 前烘的方法3.2.1 在80度烘箱中烘15分钟-20分钟3.2.2 在红外烘箱中烘3分钟-5分钟4 曝光4.1 曝光的要求4.2 曝光的方法5 显影5.1 显影的要求5.2 显影的方法6 坚膜6.1 坚膜的要求6.2 坚膜的方法6.2.1 置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右6.2.2 置于红外烘箱中烘10分钟左右7 腐蚀7.1 腐蚀的要求7.2 腐蚀的方法7.2.1 腐蚀二氧化硅的方法7.2.2 腐蚀铝电极的方法8 去胶8.1 去胶的要求8.2 去胶的方法课程重点：本节介绍了光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求。