光刻湿法刻蚀研究 ppt课件

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光刻与刻蚀工艺ppt课件

6.1 概述
在集成电路制造中，主要的光刻设备是利用紫外光(≈0.2～ 0.4m)的光学仪器。
刻蚀：在光刻胶掩蔽下，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。
这样，去掉光刻胶以后，三维设计图形就转移到了衬底的相关膜层上。图形转移工艺是如此重要，以至一种微电子工艺技术的水平通常以光刻和刻蚀的图形线宽（特征尺寸）表示。
8.2 光刻工艺
以ULSI为例，对光刻技术的基本要求包括几个方面： a. 高分辨率：以线宽作为光刻水平的标志； b. 高灵敏度光刻胶：为提高产量，希望曝光时间尽量短； c. 低缺陷：光刻引入缺陷所造成的影响比其它工艺更为严重； d. 精密的套刻对准：一般器件结构允许套刻误差为线宽的10％； e. 对大尺寸基片的加工：在大尺寸基片上光刻难度更大。
下图(a)为典型的曝光反应曲线与正胶的影像截面图。反应曲线描述
在曝光与显影过程后，残存刻胶的百分率与曝光能量间的关系。值
得注意的是，即使未被曝光，少量刻胶也会溶于显影液中。图 (a)的截面图说明了掩模版图形边缘与曝光后光刻胶图形边缘的关系。由于衍射，光刻胶图形边缘一般并不位于掩模版边缘垂直投影的位置，而是位于光总吸收能量等于其阈值能量ET处。图 (b)为负胶的曝光反应曲线与图形的截面图。
8.2 光刻工艺
正胶和负胶图形转移
光刻胶通常可分为正性胶和负性胶两类，两者经曝光和显影后得到的图形正好相反。显影时，正胶的感光区较易溶解而未感光区不溶解，所形成的光刻胶图形是掩模版图形的正映象。负胶的情况正相反，显影时感光区较难溶解而未感光区溶解，形成的光刻胶图形是掩模版图形的负映象。
6.1 概述
微电子单项工艺
掺杂薄膜制备图形转移

湿法刻蚀ppt课件

刻蚀溶液为硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）和水（或醋酸）
的混合溶液。反应方程式：Si+ HNO3+6HF H2SiF6易溶于水。醋酸有啥作用呢？ H2SiF6+HNO2+H2O+H2 加入醋酸可以抑制
硝酸的分解，使硝酸的浓度维持在较高的水平
刻蚀溶液为硝酸（HNO3）与氢氟酸（HF）混合溶液，当硝酸的浓度较低时，这时有足够的HF来溶解SiO2，反应
●刻蚀溶液的浓度 ●刻蚀时间 ●反应温度 ●搅拌方式
刻蚀溶液的浓度越高、反应温度越高，薄膜的刻蚀速率就
越快。反应过程是一个放热、放气的反应。反应放热，造
成局部的温度升高，使反应速率增快；反应放气，产生气泡，可以隔绝局部的薄膜和刻蚀溶液，使反应停止。如何解决：？？
搅拌，超声
大多数先采用强氧化剂对硅（Si）进行氧化，用氢氟酸（HF）与二氧化硅反应去掉二氧化硅（SiO2）。常用的
通过缓冲氧化物刻蚀BOE（buffered 率
oxide etche）溶液可以控制反应速怎样来控制反应速率呢？
BOE成分：HF:NH4F:H2O 其中,HF为45%的浓氢氟酸
NH4F在反应中作为缓冲剂，氟化铵通过分解反应产生HF，
从而维持了HF的恒定的浓度。 NH4F NH3+HF
●加热温度35-60摄，这里刻蚀就在（111）面
停止了，（111）面的轮廓即为刻
蚀轮廓。（仅作参考）
HF可以在室温下与SiO2快速反应，而不会刻蚀Si或多晶硅。反应方程式：
SiO2+6HF
SiF6+H2O+H2
饱和浓度的HF在室温下的刻蚀率300A/S，这个速率对于要求控制的工艺来说太快了（3000A的薄膜，10S搞定）

光刻与刻蚀工艺ppt

提高分辨率和对比度
采用旋转涂胶方法可以提高生产效率，同时采用快速热处理技术可以加速光刻胶的化学反应，进一步缩短处理时间。
提高生产效率
光刻工艺的优化
03
刻蚀工艺详细介绍
离子刻蚀机
以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点，但刻蚀速率较慢，设备昂贵。
刻蚀机的种类与特点
国外光刻与刻蚀工艺发展现状
光刻工艺技术创新
介绍光刻工艺中具有代表性的技术创新，包括高分辨率光刻技术、浸润式光刻技术、多晶圆对准技术等。
刻蚀工艺技术创新
介绍刻蚀工艺中具有代表性的技术创新，包括离子束刻蚀技术、等离子刻蚀技术、反应离子刻蚀技术等。
光刻与刻蚀工艺的技术创新
光刻与刻蚀工艺的发展趋势
从技术、应用和产业三个维度分析光刻与刻蚀工艺未来的发展趋势，包括技术发展方向、应用领域拓展和产业布局优化等方面。
挑战1
挑战2
挑战3
挑战4
需要严格控制各种参数，如温度、湿度和压力等。
需要不断优化工艺流程，提高生产效率。
对操作人员的技能和经验有较高的要求。
提高工艺精度的对策
采用先进的设备和技术，提高设备的稳定性和精度。
对策1
优化工艺参数，建立完善的数据库，实现参数的快速检索和准确控制。
对策2
采用高精度测量仪器，对产品进行准确的尺寸测量和质量控制。
曝光系统
曝光系统将掩膜上的图形转换为光束，并投射到光刻胶上。通常由光源、光阑、反射镜和投影透镜等组成。
运动系统
运动系统用于在光刻胶上扫描光束，以实现大面积的光刻。
光刻机工作原理
光学接触剂和干法接触剂
正性胶和负性胶
厚胶和薄胶

半导体工艺光刻+蚀刻 ppt课件

芯片制造技术中的光刻刻蚀工艺
ppt课件
1
▪ 芯片制造工艺 ▪ 光刻工艺
▪ 刻蚀工艺
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2
精品资料
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4
光刻+蚀刻
最重要
决定着芯片的最小尺寸制造时间的40-50% 制造成本的30%
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5
玻璃模版光刻胶膜
硅片
光刻光化学反应
蚀刻
腐蚀
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6
ppt课件
7
光刻原理
模版上的铬岛
紫外光
光刻胶的曝光区
光p刻ho胶tor层esist 氧化ox层ide
sil硅ico衬n 底substrate
使光衰弱的被曝光区
光刻胶上的阴影
岛
光刻胶层
窗口
氧化层硅衬底
光刻胶显影后的最终图形
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8
▪ 使用光敏材料（光刻胶）和可控制的曝光在光刻胶膜层形成三维图形
▪ 在后续工艺(蚀刻)中,保护下面的材料
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9
HMDS
清洗+喷涂粘附剂
光刻工艺步骤
紫外光
光刻胶
模版
旋转涂胶
软烘
对准和曝光
曝光后烘焙
显影
坚膜烘焙
显影检查
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10
涂胶
模板曝光
显影
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11
Normal under
Incomplete
over
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12
光刻工艺 —— 显影后
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13
蚀刻工艺
▪ 光刻胶上的IC设计图形
晶圆表面
▪ 腐蚀作用，从Si片表面去除不需要的材料，如Si、SiO2，金属、光刻胶等

光刻湿法刻蚀研究

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04 光刻湿法刻蚀技术未来展望
技术发展趋势
纳米精度控制
随着光刻技术的不断进步，湿法刻蚀技术将向纳米精度控制方向发展，实现更精细的刻蚀效果。
干湿法结合
干法刻蚀和湿法刻蚀各有优缺点，未来光刻湿法刻蚀技术将与干法刻蚀技术相结合，发挥各自优势，提高刻蚀效率和精度。
环保与可持续发展
随着环保意识的提高，光刻湿法刻蚀技术将更加注重环保和可持续发展，减少对环境的负面影响。
VS
详细描述
优化刻蚀条件和后处理工艺可以有效降低表面粗糙度。例如，采用低能电子束轰击技术可以减小表面粗糙度，提高器件性能。此外，适当的退火处理也可以改善表面质量。
刻蚀速率提升
总结词
提高刻蚀速率是提高生产效率和降低成本的关键因素。
详细描述
通过优化刻蚀气体组成、压力和温度等工艺参数，可以显著提高刻蚀速率。此外，采用高活性的刻蚀气体和先进的反应器设计也是提高刻蚀速率的有效途径。
涂胶与预烘
涂胶
将光刻胶涂覆在硅片表面，形成一层均匀的光刻胶膜。
预烘
通过烘烤使光刻胶中的溶剂挥发，增强光刻胶与硅片之间的附着性。
曝光与显影
曝光
通过紫外光照射使光刻胶中的特定分子发生化学反应，形成图案。
显影
将曝光后的光刻胶浸泡在显影液中，溶解未反应的光刻胶分子，形成所需图案。
刻蚀与退胶
刻蚀
使用化学或物理方法将硅片表面未被光刻胶覆盖的区域去除，形成微结构。
总结词
刻蚀精度是光刻湿法刻蚀技术的关键指标，直接影响到器件性能和成品率。
详细描述
刻蚀精度受到多种因素的影响，如光刻胶厚度、曝光能量、刻蚀气体流量和压力等。为了提高刻蚀精度，可以采用先进的工艺控制技术，如实时监测和反馈控制系统，以确保刻蚀深度和形状符合设计要求。

光刻与刻蚀工艺流程 PPT

高压汞灯受激准分子激光器
驻波效应
入射光与反射光干涉周期性过曝光和欠曝光影响光刻分辨率
光刻胶中的驻波效应
光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）
机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；
作用：平衡驻波效应，提高分辨率。
PEB减小驻波效应
光刻8－显影(Development)
光刻胶热流动填充针孔
坚膜（Hard Bake）
热板最为常用检测后可在烘箱中坚膜坚膜温度: 100 到130 °C 坚膜时间：1 到2 分钟坚膜温度通常高于前烘温度
坚膜的控制
坚膜不足
－光刻胶不能充分聚合－造成较高的光刻胶刻蚀速率－黏附性变差
过坚膜
－光刻胶流动造成分辨率变差
光刻基本步骤
• 涂胶 Photoresist coating • 对准和曝光 Alignment and exposure • 显影 Development
光刻工序
1、清洗硅片 Wafer Clean
2、预烘和底膜涂覆 Pre-bake and Primer Vapor
3、光刻胶涂覆 Photoresist Coating
基本步骤 – 化学清洗 – 漂洗 – 烘干
光刻2－预烘
脱水烘焙--去除圆片表面的潮气增强光刻胶与表面的黏附性通常大约100 °C 与底胶涂覆合并进行底胶广泛使用: Hexamethyldisilazane (HMDS，六甲基
乙硅氮烷) HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。
离子注入Ion Implantation
快速热退火Rapid Thermal Annealing
刻蚀术语

光刻与刻蚀工艺流程ppt

硅片准备
涂胶种类
根据光刻掩膜版的要求，选择合适的涂胶材料。
涂胶厚度
控制涂胶的厚度，一般要求均匀、无气泡、无杂质。
涂胶
曝光方式
根据光刻掩膜版图形设计要求，选择合适的曝光方式。
曝光时间
控制曝光时间，保证光刻胶充分反应且不过度曝光。
曝光
显影液选择
根据光刻胶的性质，选择合适的显影液。
控制显影时间
显影时间要适当，以充分溶解光刻胶，同时避免损伤硅片表面。
纳米科技领域需要借助光刻和刻蚀技术来制造纳米级结构，从而进一步探索纳米世界的奥秘。
在生物医学工程领域，光刻和刻蚀技术可以制造出复杂的微纳结构，用于药物输送、组织工程等应用。
纳米科技
生物医学工程
建议与展望
06
优化工艺参数
通过严格控制实验参数，如波长、功率、曝光时间等，以提高工艺稳定性和效率。
引入先进设备
xx年xx月xx日
光刻与刻蚀工艺流程ppt
CATALOGUE
目录
光刻和刻蚀工艺简介光刻工艺详细流程刻蚀工艺详细流程光刻和刻蚀工艺的控制因素光刻和刻蚀工艺的未来发展建议与展望
光刻和刻蚀工艺简介
01
1
光刻工艺发展历程
2
3
最早的光刻工艺，分辨率较低，制程技术限制较大。
接触式光刻工艺
改善了分辨率和制程技术限制的问题，但仍然存在接触式光刻工艺的一些缺点。
采用先进的自动控制系统和智能化设备，实现工艺过程的实时监控和精准调控。
改进工艺流程
简化工艺流程，减少重复步骤，降低工艺时间和成本。
提高工艺稳定性与效率的措施
技术交叉融合
加强光刻和刻蚀工艺与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合，引入新技术，如纳米压印、离子束刻蚀等，提高工艺水平和效率。

湿法刻蚀PPT课件

●优点工艺设备简单、成本低、具有良好的刻蚀选择比 ●缺点各项异性刻蚀
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时间：XX年XX月XX日
刻蚀剂槽
甩，烘干
超纯水冲洗
●定特征尺寸大于3 m
●各向异性刻蚀
●反应物扩散到被刻蚀薄膜的表面
●反应物与被刻蚀薄膜反应
●反应物的产物从反刻应蚀产表物面：扩气散体到，溶液
中
或者能溶于腐蚀剂的物质
一般第二步的过程最慢，该步骤决定了
刻蚀速率
●用氧化剂将刻蚀材料氧化成氧化物 ●用另一种溶液将形成的氧化物溶解掉
●刻蚀溶液的浓度 ●刻蚀时间 ●反应温度 ●搅拌方式
刻蚀溶液的浓度越高、反应温度越高，薄膜的刻蚀速率就越快。反应过程是一个放热、放气的反应。反应放热，造成局部的温度升高，使反应速率增快；反应放气，产生气泡，可以隔绝局部的薄膜和刻蚀溶液，使反应停止。如何解决：
？？搅拌，超声
大多数先采用强氧化剂对硅（Si）进行氧化，用氢氟酸
一句话：速率取决于浓度较低者
硅属于两性氧化物，即可以和酸反应，又可以和碱反应，用含KOH的溶液来对硅进行刻蚀，可以用KOH溶液和异丙醇（IPA）相混合来进行。Si（100）面的刻蚀速率比Si

光刻与刻蚀演示幻灯片

EUV = extreme ultraviolet
下一代光刻技术 EPL = electron projection lithography
ML2 = maskless lithography
+PSM +OPC+OAI 64×103
157nm F2
16×103
IPL = ion projection lithography
1
log10(Dc
/
D0)
负胶：
rn
1 log10(Dg0
/ Dgi )
❖ 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 ❖ 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率
55
其他特性
❖ 光敏度 ❖ 膨胀性 ❖ 抗刻蚀能力和热稳定性 ❖ 黏着力 ❖ 溶解度和黏滞度 ❖ 微粒含量和金属含量 ❖ 储存寿命
理想的曝光图形
68
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
69
ASM 2500/5000 投影光刻机
70
分辨率增强技术使光学光刻不断突破分辨率极限
1968 1971 1974 1977 1980 1983 1986 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016
光学M曝EF光光区学光刻技术潜力挖掘区光刻工艺特征尺寸19805接485321000触6........n50000383式m5uuuuuuuummmmmmmm光EM线掩刻a模4接s-3k-精触61En0度r式murmo控光Gr4投制F线3刻a影6技cn1t光m术o0r-刻G23投.线06u影5mn2光m.0-刻I-2线04.850nu.1小年比0预远m0m9.188于光较测抛微K-0-年1刻乐都在0r米F微.2左技观被后（08米.右术的光头u5保；m-曾将长刻。-守10经9走期技.的1183G有9到预术预u年m人尽测神计曾预头：话为经言2；般0有0.：501的1预7微96光年9进言4米G刻年线步：）线也宽的22到，6156541宽曾达步146646××1这××××××9不经到伐119些111111007能有远000000991996692

光刻与刻蚀工艺流程课件

REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
02
刻蚀工艺简介
刻蚀工艺的定义
刻蚀工艺：是指利用物理或化学方法，将材料表面的一部分去除，以达到形成图案或结构的目的。
在半导体制造中，刻蚀工艺是关键的步骤之一，用于形成电路、器件和其它微结构。
刻蚀工艺的原理
物理刻蚀
利用物理能量，如高能粒子或等离子体，轰击材料表面，使其原子或分子从表面溅射出来。
总结词
胶的均匀涂布是光刻工艺中的重要环节，直接影响到光刻胶的覆盖质量和均匀性。
详细描述
在涂胶过程中，要确保胶液的均匀分布，避免出现胶层厚薄不均、气泡等问题。可以采用匀胶机进行涂布，控制好涂布速度和温度，以保证胶的均匀性。
曝光能量控制问题
总结词
曝光能量是光刻工艺中的关键参数，直接影响到曝光质量和光刻胶的溶解度。
预烘
预烘
使光刻胶中的溶剂挥发，增强光刻胶与硅片之间的黏附力。
预烘温度和时间
根据光刻胶类型和特性而定。
预烘作用
提高光刻胶的黏附性和稳定性。
曝光
曝光
通过掩膜版将所需图案投影到光刻胶上，使光刻胶发生化学反应
。
曝光方式
接触式曝光、接近式曝光、扫描式曝光等。
曝光剂量
影响光刻胶的溶解性和分辨率。
坚膜温度的控制问题
总结词
坚膜温度是光刻工艺中的重要参数，直接影响到光刻胶的硬度和附着力。
详细描述
要选择合适的坚膜温度，以保证光刻胶的硬度和附着力。坚膜温度过高会导致光刻胶变脆，而坚膜温度过低会导致光刻胶附着力下降，影响光刻效果。
腐蚀深度的问题
总结词

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❖ 双氧水会和Si反应生成SiO2，如需保护Si，则要阻挡层。
❖
自对准钛硅化物的形成
光刻湿法刻蚀研究
光刻胶湿法刻蚀方法比较多，大体分为两种 ❖ 氧化去胶 ❖ 溶剂去胶
光刻湿法刻蚀研究
❖ 该去胶工艺主要是利用H2SO4/H2O2的强氧化性，将胶中的主要成分C、H氧化形成CO2和H2O，从而达到去胶的目的。
❖ 由于NH4OH易挥发、H2O2易分解，因此，该药液的有效时间较短，目前，规定换液2小时（1：1：5，75+-5 ℃）或12小时（1：2：10，50+-5 ℃）内有效；
❖ 该去胶工艺主要用于SDG、POLY及SD注入后的去胶清洗（即干法去胶后去表面的胶丝或POLYMER清洗）
❖ 总反应式：Si + HNO3（浓） + 6HF =H2SiF6 + HNO2 + H2↑ + H2O
❖ 上述的反应中可添加醋酸作为缓冲剂，以抑制硝酸的解离。而蚀刻速率的调整可藉由改变硝酸与氢氟酸的比例，并配合醋酸添加与水的稀释加以控制
❖ （注：单纯的浓硝酸不能和硅片直接反应，因为反应生成的SiO2薄膜会阻挡反应继续进行）
❖ 药液配比： H2SO4（浓）：H2O2=10：1（体积比）120℃ （+-10℃）
❖ H2SO4/H2O2去胶工艺不适用于AL后去胶
光刻湿法刻蚀研究
❖ 药液配比：
❖ NH4OH：H2O2：H2O≈1：1：5或1：2：10（体积比）
❖ 去胶原理：SC-1液中的H2O2具有很强的氧化性，可以把有机物和无机物等杂质氧化成高价离子和氧化物而清除。氨水是充当络合剂的作用，与杂质离子形成络合物溶于水中被清除。
光刻湿法刻蚀研究
光刻湿法刻蚀研究
❖优点：选择比高（一般高于100：1）
❖
生产速率高
Hale Waihona Puke ❖设备比较便宜❖缺点: 各向同性，不适合形成3um以下的图形
❖
化学试剂用量大，并且污染环境
❖
气泡形成及化学蚀刻液无法完全与晶圆表
面接触所造成的不完全及不均匀的蚀刻
光刻湿法刻蚀研究
❖ 曾经在特征尺寸大于3um的时代广泛使用，现在被干法刻蚀替代
光刻湿法刻蚀研究
❖ 80% 磷酸, 5% 乙酸, 5% 硝酸和 10 % 水的热溶液 (42 to 45°C)
❖ 2Al+6（H+）=2（Al+）+3H2↑
❖ 蚀刻反应的机制是藉由硝酸将铝氧化成为氧化铝，接着再利用磷酸将氧化铝予以溶解去除，如此反复进行以达蚀刻的效果。
❖ 温度越高蚀刻速率越快，一般而言蚀刻速率约为10003000 Å /min，而溶液的组成比例、不同的温度及蚀刻过程中搅拌与否都会影响到蚀刻的速率。
❖ 典型的缓冲氧化硅蚀刻液(BOE : Buffer Oxide Etcher)(体积比6:1之氟化铵(40%)与氢氟酸(49%))对于高温成长氧化层的蚀刻速率约为1000Å /min。
Si 湿法刻蚀呢
？
光刻湿法刻蚀研究
❖ 在半导体制程中，单晶硅与复晶硅的蚀刻通常利用硝酸与氢氟酸的混合液来进行。此反应是利用硝酸将硅表面氧化成二氧化硅，再利用氢氟酸将形成的二氧化硅溶解
光刻湿法刻蚀研究
❖ 热 (150 to 200 °C) (85%)H3PO4溶液
❖ 对硅、二氧化硅有高选择比。
❖ 应用于 “硅的局部氧化”（LOCOS）和 STI氮化硅去除。
❖ Si3N4 + 4 H3PO4 →Si3(PO4)4 + 4NH3↑
❖ 其蚀刻速率与氮化硅的成长方式有关，以PVD辅助CVD形成之氮化硅，由于组成结构(SixNyHz相较于Si3N4) 较以高温低压化学气相沉积方式形成之氮化硅为松散，因此蚀刻速率较快许多。但在高温热磷酸溶液中光阻易剥落，因此在作氮化硅图案蚀刻时，通常利用二氧化硅作为屏蔽。一般来说，氮化硅的湿式蚀刻大多应用于整面氮化硅的剥除。对于有图案的氮化硅蚀刻，最好还是采用干式蚀刻为宜。
❖ 现在用于：
❖
漂去氧化膜
❖
去除残留物
❖
无图形薄膜的去除
❖
大尺寸图形刻蚀
光刻湿法刻蚀研究
❖ HF酸溶液（极高的选择比）
❖ 化学反应:SiO2 + 6HF → H2SiF6(氟硅酸) + 2H2O
❖ 氢氟酸对二氧化硅的蚀刻速率相当高，在制程上很难控制，因此在实际应用上都是使用稀释后的氢氟酸溶液，或是添加氟化铵作为缓冲剂的混合液，来进行二氧化硅的蚀刻
❖ 湿式蚀刻铝的同时会有氢气泡的产生，这些气泡会附着在铝的表面，而局部地抑制蚀刻的进行，造成蚀刻的不均匀性，可在蚀刻过程中予于搅动或添加催化剂降低接口张力以避免这种问题发生。
光刻湿法刻蚀研究
❖ 1:1 双氧水 (H2O2) 和硫酸 (H2SO4) 混合溶液。
❖ Ti+2H2O2+2H2SO4=Ti(SO4)2+4H2O