1、半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕摻雜光 刻刻 蝕鍍膜刻蝕 擴散摻雜離子注入摻雜物理氣相淀積化學(xué)氣相淀積氧化半導(dǎo)體制作工藝3.1概述封裝線焊倒裝焊TSV整理版摻雜光 刻刻 蝕鍍膜刻蝕 擴散摻雜離子注入摻雜生活的中類半導(dǎo)體工藝掩膜+腐蝕掩膜+光照濺射+電鍍整理版生活的中類半導(dǎo)體工藝掩膜+腐蝕掩膜+光照濺射+電鍍整理版光刻中.整理版光刻中.整理版整理版整理版微納器件需要怎樣的加工環(huán)境？50 um100 um0.01 um-5 um粉塵 ： 1-100 um灰塵 ： 2-100 um霧霾 ： 10um什么是 PM2.5？整理版微納器件需要怎樣的加工環(huán)境？50 um100 um0.01 更衣

2、間風(fēng)淋室工作間1工作間2傳遞倉超凈間的組成及注意事項整理版更衣間風(fēng)淋室工作間1工作間2傳遞倉超凈間的組成及注意事項整理整理版整理版超凈服的穿戴整理版超凈服的穿戴整理版第一步：戴上口罩；注意事項：穿戴前把頭發(fā)扎好，衣服整理好；戴口罩時可以露出鼻子。 戴口罩時可以露出鼻子工作服穿戴步驟及注意事項整理版第一步：戴上口罩；注意事項：穿戴前把頭發(fā)扎好，衣服整理第二步：戴上工帽；注意事項： 需要把紐扣扣好 不能有頭發(fā)外露。頭發(fā)外露工作服穿戴步驟及注意事項整理版第二步：戴上工帽；注意事項： 需要把紐扣扣好 第三步：穿戴工衣； 注意事項：工帽需要被工衣完 全覆蓋需要扣好紐扣。工帽外露，紐扣沒有扣好工作服穿戴步

3、驟及注意事項整理版第三步：穿戴工衣； 注意事項：工帽需要被工衣完 第四步：穿戴工褲、工鞋；注意事項：選用合適的工鞋，穿工鞋時不能踩到鞋跟。踩到鞋跟工作服穿戴步驟及注意事項整理版第四步：穿戴工褲、工鞋；注意事項：選用合適的工鞋，穿工第五步：戴好乳膠手套；注意事項：乳膠手套分大（L)、中(M)、小(S)，請選用尺寸合適的手套乳膠手套尺寸過大工作服穿戴步驟及注意事項整理版第五步：戴好乳膠手套；注意事項：乳膠手套分大（L)、中穿戴流程示意圖整理版穿戴流程示意圖整理版有污漬的工作服要及時清洗臟的工鞋要及時清洗不可以在工作服上隨便亂涂寫干凈潔白的工作服其他注意事項整理版有污漬的工作服要及時清洗臟的工鞋要及

4、時清洗不可以在工作氧化：高品質(zhì)SiO2的成功開發(fā)，是推動硅(Si)集成電路成為商用產(chǎn)品主流的一大動力。一般說來， SiO2可作為許多器件結(jié)構(gòu)的絕緣體，或在器件制作過程中作為擴散或離子注入的阻擋層。如在p-n結(jié)的制造過程中， SiO2薄膜可用來定義結(jié)的區(qū)域。圖 (a)顯示一無覆蓋層的硅晶片，正準(zhǔn)備進行氧化步驟。在氧化步驟結(jié)束后，一層SiO2就會均勻地形成在晶片表面。為簡化討論，圖 (b)只顯示被氧化晶片的上表層。導(dǎo)入PN結(jié)的制作為什么要學(xué)習(xí)光刻？整理版氧化：高品質(zhì)SiO2的成功開發(fā)，是推動硅(Si)集成電路成為光刻：技術(shù)被用來界定p-n結(jié)的幾何形狀。在形成SiO2之后。利用高速旋轉(zhuǎn)機，將晶片表面

5、旋涂一層對紫外光敏感的材料，稱為光刻膠(photo-resist)。將晶片從旋轉(zhuǎn)機拿下之后圖 (c)，在80C100C之間烘烤。以驅(qū)除光刻膠中的溶劑并硬化光刻膠，加強光刻膠與晶片的附著力。如圖 (d)所示，下一個步驟使用UV光源，通過一有圖案的掩模版對晶片進行曝光。對于被光刻膠覆蓋的晶片在其曝光的區(qū)域?qū)⒁罁?jù)光刻膠的型態(tài)進行化學(xué)反應(yīng)。而被暴露在光線中的光刻膠會進行聚合反應(yīng)，且在刻蝕劑中不易去除。聚合物區(qū)域在晶片放進顯影劑(developer)后仍然存在，而未被曝光區(qū)域(在不透明掩模版區(qū)域之下)會溶解并被洗去。導(dǎo)入PN結(jié)的制作整理版光刻：技術(shù)被用來界定p-n結(jié)的幾何形狀。在形成SiO2之后。 刻蝕

6、氧化層： 圖 (a)為顯影后的晶片。晶片再次于120180 之間烘烤20min，以加強對襯底的附著力和即將進行的刻蝕步驟的抗蝕能力。然后，使用緩沖氫氟酸作酸刻蝕液來移除沒有被光刻膠保護的氧化硅表面，如圖4(b)所示。最后，使用化學(xué)溶劑或等離子體氧化系統(tǒng)剝離(stripped)光刻膠。圖 (c)顯示光刻步驟之后，沒有氧化層區(qū)域(一個窗戶)的最終結(jié)果。晶片此時已經(jīng)完成準(zhǔn)備工作，可接著用擴散或離子注入。步驟形成p-n結(jié)。導(dǎo)入PN結(jié)的制作整理版 刻蝕氧化層： 圖 (a)為顯影后的晶片。晶片再次于擴散：在擴散方法中，沒有被SiO2保護的半導(dǎo)體表面暴露在相反型態(tài)的高濃度雜質(zhì)中。雜質(zhì)利用固態(tài)擴散的方式，進入

7、半導(dǎo)體晶格。在離子注入時，將欲摻雜的雜質(zhì)離子加速到一高能級，然后注入半導(dǎo)體內(nèi)。 SiO2可作為阻擋雜質(zhì)擴散或離子注入的阻擋層。在擴散或離子注入步驟之后，p-n結(jié)已經(jīng)形成，如圖(d)所示。由于被注入的離子橫向擴散或橫向散開(lateral straggle，又譯橫向游走)的關(guān)系，P型區(qū)域會比所開的窗戶稍微寬些。導(dǎo)入PN結(jié)的制作整理版擴散：在擴散方法中，沒有被SiO2保護的半導(dǎo)體表面暴露在相反金屬薄膜沉積：在擴散或離子注入步驟之后，歐姆接觸和連線在接著的金屬化步驟完成圖 (e)。金屬薄膜可以用物理氣相淀積和化學(xué)氣相淀積來形成。光刻步驟再度用來定義正面接觸點，如圖 (f)所示。一相似的金屬化步驟可用

8、來定義背面接觸點，而不用光刻工藝。一般而言，低溫(500。C)的退火步驟用來促進金屬層和半導(dǎo)體之間的低電阻接觸點。隨著金屬化的完成，p-n結(jié)已經(jīng)可以工作了。導(dǎo)入PN結(jié)的制作整理版金屬薄膜沉積：在擴散或離子注入步驟之后，歐姆接觸和連線在接著 圖形轉(zhuǎn)移(pattern transfer)是微電子工藝的重要基礎(chǔ)，其作用是使器件和電路的設(shè)計從圖紙或工作站轉(zhuǎn)移到基片上得以實現(xiàn)，我們可以把它看作是一個在襯底上建立三維圖形的過程，包括光刻和刻蝕兩個步驟。 光刻 (lithography，又譯圖形曝光 )：使用帶有某一層設(shè)計幾何圖形的掩模版(mask)，通過光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過曝光和顯影，使光敏的光刻膠在襯底上形

9、成三維浮雕圖形。將圖案轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體晶片上的感光薄膜層上(稱為光致光刻膠、光刻膠或光阻，resist，簡稱光刻膠)的一種工藝步驟。 刻蝕：在光刻膠或者阻擋層的掩蔽下，根據(jù)需要形成微圖形的膜層不同，采用不同的刻蝕物質(zhì)和方法在膜層上進行選擇性刻蝕。導(dǎo)入光刻和刻蝕整理版 圖形轉(zhuǎn)移(pattern transfer光刻（lithography）是以一種被稱為光刻膠的光敏感聚合物為主要材料的照相制版技術(shù)。集成電路發(fā)明至今，電路集成度提高了六個數(shù)量級以上，主要歸功于光刻技術(shù)的進步。非光學(xué)曝光光學(xué)曝光 遮蔽式曝光 投影式曝光曝光方式電子束曝光X 射線曝光超紫外光曝光離子束曝光半導(dǎo)體微納工藝之-光刻工藝整

10、理版光刻（lithography）是以一種被稱為光刻膠的光敏感聚光刻工藝的重要性： a. 微/光電子制造需進行多次光刻； b. 耗費總成本的30； c. 最復(fù)雜、最昂貴和最關(guān)鍵的工藝。 半導(dǎo)體微納工藝之-光刻工藝整理版光刻工藝的重要性：半導(dǎo)體微納工藝之-光刻工藝整理版準(zhǔn)備光刻膠（光刻膠的保存）低溫黑暗條件下保存整理版準(zhǔn)備光刻膠（光刻膠的保存）低溫黑暗條件下保存整理版1. 準(zhǔn)備硅片（清洗）+噴涂粘附劑整理版1. 準(zhǔn)備硅片（清洗）+噴涂粘附劑整理版2. 噴涂粘附劑（HMDS 六甲基二硅胺）整理版2. 噴涂粘附劑（HMDS 六甲基二硅胺）整理版3. 滴膠+甩膠滴膠整理版3. 滴膠+甩膠滴膠整理版4.

11、 前烘整理版4. 前烘整理版5. 裝片整理版5. 裝片整理版6.裝掩膜版（光刻板）整理版6.裝掩膜版（光刻板）整理版6. 裝掩膜版（光刻板）整理版6. 裝掩膜版（光刻板）整理版7.對準(zhǔn)+曝光整理版7.對準(zhǔn)+曝光整理版8. 后烘，顯影+定影整理版8. 后烘，顯影+定影整理版顯影前后整理版顯影前后整理版光刻的基本概念光刻的本質(zhì)：光刻處于硅片加工過程的中心，光刻常被認為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟。光刻的本質(zhì)就是把臨時電路/器件結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進行刻蝕和離子注入的硅片上。這些結(jié)構(gòu)首先以圖形的形式制作在名為掩膜版的石英膜版上。紫外光透過掩膜版把圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光敏光刻膠材料和可控制的

12、曝光在硅片表面形成三維圖形。線寬間距厚度襯底光刻膠光刻膠的三維圖形整理版光刻的基本概念光刻的本質(zhì)：光刻處于硅片加工過程的中心，光刻常光刻技術(shù)的基本要求 1、高分辨率 隨著集成電路集成度的提高，特征尺寸越來越小要求實現(xiàn)掩模圖形高水平轉(zhuǎn)移的光學(xué)系統(tǒng)分辨率必須越高。2、高靈敏度的光刻膠 指光刻膠的感光速度，希望光刻工序的周期越短越好，減小曝光所需的時間就必須使用高靈敏度的光刻膠。3、高對比度的光刻膠 對比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模版上亮區(qū)與暗區(qū)的能力大小的指標(biāo)。從理論上說，光刻膠的對比度會直接影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬4、套刻對準(zhǔn)精度 在電路制造過程中要進行多次的光刻，每次光刻都要進行嚴格的套刻。

13、整理版光刻技術(shù)的基本要求 1、高分辨率 隨著集成電路集成度的提高分辨率 分辨率是指每毫米寬度內(nèi)能夠光刻出可分辨的最多線對數(shù)，它是對光刻工藝可以達到的最小圖形尺寸的一種描述。在線寬 L 與線條間距相等的情況下，分辨率為： ，光刻分辨率受光刻系統(tǒng)、光刻膠和光刻等多方面因素影響對比度 對比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模版上亮區(qū)與暗區(qū)的能力大小的指標(biāo)。從理論上說，光刻膠的對比度會直接影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬。 為測量光刻膠的對比度，可以將一定厚度的光刻膠在不同輻照劑量下曝光，測量顯影后剩余光刻膠的厚度（留膜率），利用留膜率與曝光劑量的關(guān)系曲線進行計算。整理版分辨率對比度 對比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模版上

14、 對于負膠，存在一個臨界曝光劑量 D0。曝光劑量小于D0時，負膠在顯影液中完全可溶，不會形成曝光圖形。曝光劑量達臨界值后，感光區(qū)剩余膜厚隨曝光劑量增大而增大。 當(dāng)曝光劑量達到 D100 以上時，感光區(qū)剩余膜厚最終達到初始時負膠的厚度。因此，負膠的對比度取決于曲線的曝光劑量取對數(shù)坐標(biāo)之后得到的斜率。負膠光刻膠對比度曲線曝光劑量光刻膠留膜率負膠的對比度整理版 對于負膠，存在一個臨界曝光劑量 D0。曝光劑量小 正膠的感光區(qū)剩余膜厚與曝光劑量的關(guān)系如右圖所示。D0為感光區(qū)光刻膠在顯影液中完全不溶，即在光刻膠上不產(chǎn)生曝光圖形所允許的最大曝光劑量。D100為感光區(qū)光刻膠在顯影液中完全可溶所需的最小曝光劑量

15、?？梢钥闯?，感光區(qū)剩余膜厚隨曝光劑量的增加逐漸減小。對比度與該曲線外推斜率的絕對值有關(guān)： 曝光劑量光刻膠留膜率正膠光刻膠對比度曲線正膠的對比度整理版 正膠的感光區(qū)剩余膜厚與曝光劑量的關(guān)系如右圖所示光刻工藝光刻工藝包括兩種基本的工藝類型：負性光刻和正性光刻。這兩種基本工藝的主要區(qū)別在于所使用的光刻膠的類型不同。負性光刻：所使用的是負性光刻膠，當(dāng)曝光后，光刻膠會因為交聯(lián)而變得不可溶解，并會硬化，一旦硬化，交聯(lián)的光刻膠就不能在溶濟中被洗掉，因為光刻膠上的圖形與投影掩膜版上的圖形相反因此這種光刻膠被稱為負性光刻膠。正性光刻：與負性光刻相反整理版光刻工藝光刻工藝包括兩種基本的工藝類型：負性光刻和正性光刻

16、。負性光刻 紫外光光刻膠的曝光區(qū)光刻膠上的陰影在掩膜版上的鉻島硅襯底光刻膠t氧化硅島被曝光的區(qū)域發(fā)生交聯(lián)并變成阻止顯影的化學(xué)物質(zhì)光刻膠顯影后的最終圖形光刻膠窗口氧化層硅襯底整理版負性光刻 紫外光光刻膠的曝光區(qū)光刻膠上的陰影在掩膜正性光刻photoresistsilicon substrateoxide 紫外光光刻膠上的陰影光刻膠的曝光區(qū)掩膜版上的鉻島硅襯底光刻膠t氧化層島使光衰弱的被曝光區(qū)光刻膠顯影后的最終圖形窗口光刻膠t氧化層硅襯底整理版正性光刻photoresistsilicon substra掩膜版與光刻膠之間的關(guān)系期望印在硅片上的光刻膠結(jié)構(gòu) 襯底 光刻膠島石英島當(dāng)使用正膠時要求掩膜版上

17、的圖形(與想要的結(jié)構(gòu)想同)窗口鉻d當(dāng)使用負膠時要求掩膜版上的圖形(與想要的結(jié)構(gòu)相反)整理版掩膜版與光刻膠之間的關(guān)系期望印在硅片上的光刻膠結(jié)構(gòu) 襯底 光掩模版制作過程12. Finished整理版掩模版制作過程12. Finished整理版光刻膠光刻膠是一種有機化合物,它受紫外曝光后,在顯影溶液中的溶解度會發(fā)生變化.硅片制造中所用的光刻膠以液態(tài)涂在硅片表面,而后被干燥成膜.硅片制造中光刻膠的目的是: 1.將掩膜版圖案轉(zhuǎn)移到硅片表面頂層的光刻膠中; 2.在后續(xù)工藝中,保護下面的材料(例如刻蝕或離子注入阻擋層);整理版光刻膠光刻膠是一種有機化合物,它受紫外曝光后,在顯影溶液中的光刻膠的種類及對比正性

18、光刻膠和負性光刻膠，基于光刻膠材料是如何響應(yīng)曝光光源的。 正性光刻膠：曝光區(qū)域溶解，非曝光區(qū)域保留，得到和掩膜版相同的圖形。 負性光刻膠：曝光區(qū)域鉸鏈，非曝光區(qū)域溶解，在硅片上形成于掩膜版相反的圖形。對比：負性光刻膠在顯影時容易變形和膨脹，只適用于大尺寸的電路，而正性光刻膠則更加的優(yōu)良。整理版光刻膠的種類及對比正性光刻膠和負性光刻膠，基于光刻膠材料是如光刻膠的成分溶劑: (Solvent )使光刻膠具有流動性感光劑: （正膠：PAG 負膠： 環(huán)化聚異戊二烯）光敏產(chǎn)酸溶劑對于正膠：曝光后產(chǎn)酸使膠酸解；對于負膠：曝光后可以促使膠發(fā) 生鉸鏈反應(yīng)。樹脂: (Resin)作為粘合劑的聚合物的混合物,給予

19、光刻膠機械和化學(xué)性質(zhì)添加劑：（穩(wěn)定劑，染色劑， 表面活性劑） 控制光刻膠材料的特殊性質(zhì)整理版光刻膠的成分溶劑: (Solvent )感光劑: （正膠：P正性光刻膠酸解被曝光的光刻膠溶于顯影液未被曝光的光刻膠保持交聯(lián)和PAG（光敏產(chǎn)酸劑）未激活曝光前的正性光刻膠曝光后的光刻膠 顯影后的光刻膠UV氧化硅光刻膠襯底未改變 曝光的未曝光的酸催化反映 (在 PEB中)PAGPAGPAGPAGH+PAGPAGPAGH+H+PAGPAG整理版正性光刻膠酸解被曝光的光刻膠溶于顯影液未被曝光的光刻膠保持交負性光刻膠交聯(lián)被曝光的區(qū)域發(fā)生交聯(lián),并變成阻止顯影的化學(xué)物質(zhì)未曝光的區(qū)域保留可容于顯影液的化學(xué)物質(zhì).曝光前負

20、性光刻膠曝光后負性光刻膠顯影后負性光刻膠UV氧化硅光刻膠襯底交聯(lián)未被曝光曝光可溶整理版負性光刻膠交聯(lián)被曝光的區(qū)域發(fā)生交聯(lián),并變成阻止顯影的化學(xué)物質(zhì)光刻的八個步驟8) 顯影檢查5) 曝光后烘焙6) 顯影7) 堅膜烘焙紫外光掩膜版4) 對準(zhǔn)和曝光光刻膠2) 旋轉(zhuǎn)涂膠3) 軟烘1) 清洗+噴涂粘附劑HMDS整理版光刻的八個步驟8) 顯影檢查5) 曝光后烘焙6) 顯影71：清洗+氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成電路，硅片在所有的工藝步驟中都要仔細地清洗。在各個工藝步驟間的保存和傳送硅片時不可避免地要引入沾污，所以清洗步驟非常必要。硅片清洗d的目的是：a.除去表面的污染物（顆粒、有機物

21、、工藝殘余、可動離子）；b、除去水蒸氣，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增強表面的黏附性Step化學(xué)溶劑清洗溫度清除之污染物1H2SO4+H2O2(4:1)120C有機污染物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金屬離子6D.I. H2O室溫洗清7HF+H2O (1:50)室溫自然氧化層8D.I. H2O室溫洗清整理版1：清洗+氣相成底膜處理光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成成底膜技術(shù)烘焙后硅片馬上要用六甲基二胺烷(HMDS)成底膜,

22、它起到提高使表面具有疏水性并且增強基底表面跟光刻膠的粘附力。硅片成底膜處理的一個重要方面在于成底膜后要盡快涂膠,使潮氣問題最小化.成底膜技術(shù):HMDS可以用浸泡,噴霧和氣相方法來涂.整理版成底膜技術(shù)烘焙后硅片馬上要用六甲基二胺烷(HMDS)成底膜,HMDS(旋涂或噴涂)滴浸潤形成旋轉(zhuǎn)硅片去除多余的液體浸潤旋涂氣相方法整理版HMDS(旋涂或噴涂)滴浸潤形成旋轉(zhuǎn)硅片去除多余的液體浸潤旋2：旋轉(zhuǎn)涂膠工藝小結(jié):硅片置于真空吸盤上滴約5ml的光刻膠以約500 rpm的慢速旋轉(zhuǎn)加速到約 3000 至 5000 rpm質(zhì)量指標(biāo):時間速度厚度均勻性顆粒和缺陷真空吸盤與轉(zhuǎn)動電機連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵滴膠頭整理版2：

23、旋轉(zhuǎn)涂膠工藝小結(jié):真空吸盤與轉(zhuǎn)動電機連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵滴旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠的4個步驟3) 快速甩掉多余的膠4) 溶劑揮發(fā)1) 滴膠2) 慢速旋轉(zhuǎn)整理版旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠的4個步驟3) 快速甩掉4) 溶劑揮發(fā)1) 旋轉(zhuǎn)涂膠結(jié)果檢查和處理1： 表面干凈，均勻，光亮；2：無放射狀線條；3： 背面無滲膠；4：去邊處理:由中心向外越來越薄，但是最邊緣特別厚，所以要進行去邊處理。整理版旋轉(zhuǎn)涂膠結(jié)果檢查和處理1： 表面干凈，均勻，光亮；整理版涂膠設(shè)備ZYXq光刻膠噴嘴背面 EBR真空真空吸盤旋轉(zhuǎn)電機硅片抽氣泄漏光刻膠液流不銹鋼碗氣流氣流噴嘴位置可四個方向調(diào)整整理版涂膠設(shè)備ZYXq光刻膠噴嘴背面 EBR真空真空吸盤旋

24、轉(zhuǎn)電機硅3：軟烘軟烘的作用: 1.除去溶劑（47%）； 2.增強黏附性； 3.釋放光刻膠膜內(nèi)的應(yīng)力； 4.防止光刻膠玷污設(shè)備； 典型的軟烘條件:先在熱板上90度到100度烘30秒,結(jié)下來是在冷板上降溫的步驟,以得到光刻膠一致特性的硅片溫度控制。熱板硅片溶劑排出腔蓋在真空熱板上軟烘整理版3：軟烘軟烘的作用:熱板硅片溶劑腔蓋在真空熱板上軟烘整理版在真空熱板上軟烘軟烘的目的:光刻膠中溶劑部分揮發(fā)改善粘附性改善均勻性改善抗蝕性改善線寬控制優(yōu)化光刻膠的光吸收特性熱板硅片溶劑排出腔蓋整理版在真空熱板上軟烘軟烘的目的:熱板硅片溶劑腔蓋整理版如果光刻膠膠膜在涂膠后沒軟烘將出現(xiàn)的問題 光刻膠膜發(fā)黏并易受顆粒沾污

25、：由于溶劑含量過高導(dǎo)致在顯影時由于溶解差異,而很難區(qū)分曝光和未曝光的光刻膠;光刻膠散發(fā)的氣體(由于曝光時的熱量)可能沾污光學(xué)系統(tǒng)的透鏡;整理版如果光刻膠膠膜在涂膠后沒軟烘將出現(xiàn)的問題 整理版4：對準(zhǔn)和曝光工藝小結(jié):將掩膜版上圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上激活光刻膠中的激活成分質(zhì)量指標(biāo): 線寬分辨率套準(zhǔn)精度顆粒和缺陷UV 光源掩膜版光刻膠整理版4：對準(zhǔn)和曝光工藝小結(jié):UV 光源掩膜版光刻膠整理版曝光光源紫外光用于光刻膠的曝光是因為光刻膠材料與這個特定波長的光反應(yīng)。波長也很重要,因為較短的波長可以獲得光刻膠上較小尺寸的分辨率,現(xiàn)今最常用于光學(xué)光刻的兩種紫外光源是: 汞燈 （汞燈mercury lamp利用

26、汞放電時產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見光的電光源）準(zhǔn)分子激光（是指受到電子束激發(fā)的惰性氣體和鹵素氣體結(jié)合的混合氣體形成的分子 向其基態(tài)躍遷時發(fā)射所產(chǎn)生的激光。）除了這些通常使用的光源外,其他用于先進的或特殊應(yīng)用的光刻膠曝光的源有X射線,電子束,和離子束.曝光光源的一個重要方面是光的強度,光強被定義為單位面積的功率整理版曝光光源紫外光用于光刻膠的曝光是因為光刻膠材料與這個特定波長典型的高壓汞燈的發(fā)射光譜120100806040200200300 400 500 600波長 (nm)相對強度(%)h-line405 nmg-line436 nmi-line365 nmDUV248 nm高強度汞燈的發(fā)射光譜整理

27、版典型的高壓汞燈的發(fā)射光譜120200300 400 汞燈強度峰UV（Ultraviolet Rays） 光波長(nm)描述符CD 分辨率(m)436g-line0.5405h-line0.4365i-line0.35248深紫外(DUV)0.25整理版汞燈強度峰UV（Ultraviolet Rays） 光波長(五個精細光刻設(shè)備如下所示： 1.接觸式光刻機 2.接近式光刻 3. 掃描投影光刻機 4. 分步重復(fù)光刻機 5.步進掃描光刻機光刻設(shè)備整理版五個精細光刻設(shè)備如下所示：光刻設(shè)備整理版接觸/接近式光刻機系統(tǒng)發(fā)光裝置對準(zhǔn)顯微鏡（分視場）掩膜版硅片 真空吸盤承掩膜版臺(X, Y , Z , q)

28、 承片臺 (X, Y, Z, q) 汞燈整理版接觸/接近式光刻機系統(tǒng)發(fā)光裝置對準(zhǔn)顯微鏡（分視場）掩膜版硅片 a、接觸式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來的圖形與掩膜板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡單。缺點：光刻膠污染掩膜板；掩膜板的磨損，壽命很低（只能使用525次）；1970前使用，分辨率0.5m。 b、接近式曝光（Proximity Printing）。掩膜板與光刻膠層的略微分開，大約為1050m?？梢员苊馀c光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷。但是同時引入了衍射效應(yīng)，降低了分辨率。1970后適用，但是其最大分辨率僅為24m。 整理版 a、接觸式曝光（Con

29、tact Printin曝光方式特性接觸式接近式1:1全反射系統(tǒng) 投影式縮小投影式DSW2:14:1分率率負膠2m4m5m3m2.5m正膠1m2.5m2.5m1.5m0.8m掩膜版壽命短接觸式的5-10倍半永久半永久對準(zhǔn)精度1-3m1-3m0.5-1m0.1-0.3m裝置成本便宜中高高優(yōu)點分辨率高；線寬重復(fù)性好設(shè)備成本低；掩膜壽命高；晶片表面不易損傷；掩膜壽命半永久；成品率高;無間距誤差掩膜壽命半永久；成品率高；掩膜版制作容易；分辨率高；對準(zhǔn)精度高；缺點掩膜版壽命低晶片易損壞； 成品率低；分辨率低；線寬偏差大；分辨率比接近式稍差;線寬偏差大,比接近式稍差；每次光刻面積較小,曝光效率低；設(shè)備昂貴

30、；整理版曝光方式接觸式接近式1:1全反射系統(tǒng) 投影式縮小投影式DSW5. 曝光后烘焙對于深紫外(DUV)光刻膠在100度至110度的熱板上進行曝光后烘焙是必須的,這步烘焙應(yīng)緊跟在光刻膠曝光后。目的：1.減少駐波效應(yīng)；2.增強PAG產(chǎn)生的酸跟化學(xué)集團的反應(yīng)。駐波：駐波表征入射光波和反射光波之間的干涉，這種干涉引起了隨光刻厚度變化的不均勻曝光。駐波的本質(zhì)是降低了光刻膠成像的分辨率。 駐波沿著光刻膠厚度引起不均勻曝光入射光反射光光刻膠膜襯底光刻膠中的駐波效應(yīng)整理版5. 曝光后烘焙對于深紫外(DUV)光刻膠在100度至1106:顯影工藝小結(jié):用顯影液溶解光刻膠可溶的區(qū)域可見圖形出現(xiàn)在硅片上- 窗口-

31、島質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):- 線條分辨率- 均勻性- 顆粒和缺陷真空吸盤與轉(zhuǎn)動電機連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵顯影液噴頭整理版6:顯影工藝小結(jié):真空吸盤與轉(zhuǎn)動電機連接的轉(zhuǎn)桿至真空泵顯影液顯影方法1 連續(xù)噴霧顯影真空吸盤連接旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)桿至真空泵噴霧式顯影整理版顯影方法1 連續(xù)噴霧顯影真空吸盤連接旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)桿至真空(d)甩干(c) DI水清洗(b)甩掉多余的顯影液(a)旋覆浸沒式滴顯影液浸沒式2 旋轉(zhuǎn)浸沒顯影整理版(d)甩干(c) DI水清洗(b)甩掉多余的顯影液(a)旋顯影后檢查顯影后檢查的目的：為了查找光刻膠中形成圖形的缺陷。顯影后檢查出現(xiàn)有問題的硅片有兩種處理方法： 1 如果由先前操作造成的硅片問題無法接受，那

32、么硅片就報廢； 2 如果問題與光刻膠中圖形的質(zhì)量有關(guān)，那么硅片就需要返工；硅片返工：將硅片表面的光刻膠剝離，然后重新進行光學(xué)光刻工藝的過程稱為硅片返工。整理版顯影后檢查顯影后檢查的目的：為了查找光刻膠中形成圖形的缺陷。負膠通過紫外曝光發(fā)生交聯(lián)或變硬。使曝光的光刻膠變得在顯影液中不可溶解.負膠的一個主要問題是交聯(lián)光刻膠由于在清洗過程中吸收顯影液而膨脹和變形。因此，在硅片上剩余的光刻膠的側(cè)墻變得膨脹和參差不齊。UV交聯(lián)未曝光的光刻膠被曝光的光刻膠負膠顯影整理版負膠通過紫外曝光發(fā)生交聯(lián)或變硬。使曝光的光刻膠變得在顯影液中正膠顯影曝光的光刻膠溶解在顯影液中.未曝光的正膠交聯(lián)光刻膠整理版正膠顯影曝光的光

33、刻膠未曝光的正膠交聯(lián)光刻膠整理版顯影：用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻膠顯影，其主要目的是把掩膜版圖形準(zhǔn)確復(fù)制到光刻膠中。顯影的三個主要類型的問題：顯影不足：顯影不足的線條比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡；不完全顯影：不完全顯影在襯底上留下應(yīng)該在顯影過程去掉的剩余光刻膠；過顯影：過顯影除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形。XXX顯影不足不完全顯影正確顯影過顯影光刻膠襯底整理版顯影：用化學(xué)顯影液溶解由曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域就是光刻7.堅膜 烘焙顯影后的熱烘叫做堅膜烘焙，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶劑使光刻膠變硬，提高光刻膠對硅片表面的粘附性.這一步是穩(wěn)固光刻膠,對下面的

34、刻蝕和離子注入過程非常關(guān)鍵。堅膜烘焙通常在硅片軌道系統(tǒng)的熱板上或生產(chǎn)線的爐子中進行。充分加熱后，光刻膠變軟并發(fā)生流動。較高的堅膜溫度會引起光刻膠輕微流動，從而造成光刻圖形變形。正膠的堅膜烘焙溫度約為120度到140度,這比軟烘的溫度要高,但也不能太高,否則光刻膠就會流動從而破壞圖形。 整理版7.堅膜 烘焙顯影后的熱烘叫做堅膜烘焙，目的是蒸發(fā)掉剩余的溶高溫下變軟的光刻膠流動光刻膠線寬間距厚度襯底光刻膠整理版高溫下變軟的光刻膠流動光刻膠線寬間距厚度襯底光刻膠整理版顯影檢查的返工流程1. 氣相成底膜HMDS2. 旋轉(zhuǎn)涂膠光刻膠3. 軟烘4. 對準(zhǔn)和曝光UV光掩膜版5. 曝光后烘焙6. 顯影7. 堅膜

35、烘焙8. 顯影后檢查去膠清洗O2等離子體不合格硅片返工離子注入刻蝕鍍膜合格硅片整理版顯影檢查的返工流程1. 氣相成底膜HMDS2. 旋轉(zhuǎn)涂膠光刻1.超凈間的等級劃分及其組成。2.光刻的定義，正性光刻和負性光刻的區(qū)別；3.光刻的主要工藝步驟；4.駐波效應(yīng)，如何減小駐波效應(yīng)對光刻的影響；知識回顧：整理版1.超凈間的等級劃分及其組成。知識回顧：整理版 剝離（liftoff）是由去膠派生出的一項工藝。利用正膠在襯底上形成光刻膠圖形后，在整個光刻膠和襯底上淀積薄膜（例如金、鉑或鋁），薄膜的厚度必須小于光刻膠厚度，選擇合適的溶劑去除光刻膠層，光刻膠上面的那部分薄膜也一起剝離而被去掉。剝離技術(shù)具有較高的分辨

36、率，廣泛用于分立器件制造，如大功率 MESFET。然而在ULSI 制造中仍傾向于采用干法刻蝕技術(shù)，較少采用剝離工藝。掩模版光刻膠 襯 底金屬膜半導(dǎo)體微納技工之-剝離工藝整理版 剝離（liftoff）是由去膠派生出的一項工藝 在電子器件制造工藝中，光刻圖形必須最終轉(zhuǎn)移到光刻膠下面組成器件的各薄膜層上，這種圖形的轉(zhuǎn)移是采用刻蝕工藝完成的。干法刻蝕濕法刻蝕 浸入式濕法刻蝕噴灑式濕法刻蝕等離子刻蝕濺射刻蝕離子銑反應(yīng)離子刻蝕刻蝕工藝半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕整理版 在電子器件制造工藝中，光刻圖形必須最終轉(zhuǎn)移到光一、基本概念二、刻蝕方法三、刻蝕參數(shù)半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕整理版一、基本概念半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕

37、整理版半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕 用化學(xué)的或物理的或化學(xué)物理結(jié)合的方式有選擇的去除（光刻膠開出的窗口）不需要的材料. 被刻蝕的材料：介質(zhì)材料 硅 金屬材料 光刻膠 刻蝕的定義：去除材料一、基本概念整理版半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕 用化學(xué)的或物理的或化學(xué)濕法刻蝕：用液體化學(xué)劑（如酸，堿和溶劑等）以化學(xué)方式去除襯底表面的材料。濕法刻蝕一般只用于尺寸較大的情況下。干法刻蝕：把襯底表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，于硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或這兩種反應(yīng)），從而去掉曝露的表面材料。它是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法。二、刻蝕方法整理版濕法刻蝕：用液體化學(xué)劑（如酸，堿和溶劑等）以化

38、學(xué)方式去除襯底 應(yīng)用：通常用于大尺寸刻蝕（ 3m尺寸 ），一般用于整體剝離或去除干法刻蝕后的殘留物等。濕法刻蝕分 類浸入式濕法刻蝕噴灑式濕法刻蝕刻蝕方式將基片浸入刻蝕溶液向基片上噴灑刻蝕溶液主要參數(shù)刻蝕液濃度、時間、溫度以及溶液的攪拌方式優(yōu) 點刻蝕選擇性好、設(shè)備簡單、損傷少、產(chǎn)量（刻蝕速率）大缺 點易污染、各向異性差（特別是對金屬和氧化物）。如果刻蝕速率和時間控制不精確，通常會有鉆蝕（undercut）或側(cè)蝕。濕法刻蝕整理版 應(yīng)用：通常用于大尺寸刻蝕濕法刻蝕分 類浸材料刻蝕液刻蝕速率（nm/min）SiO2HFNH4F（BOE）100HFHNO3H2O（P刻蝕液）12Si3N4HFNH4F（B

39、OE）0.5H3PO410AlH3PO4HNO310HAc H3PO4 H2O30AuKII21000MoH3PO4HNO3 HAc H2O500PtHNO3 HCl H2O50WKH2PO4K3Fe(CN)6 KOH160TIHF500NIFeCl3800CrCe(NH4)2(NO3)6300部分絕緣材料和金屬的濕法化學(xué)刻蝕劑整理版材料刻蝕液刻蝕速率（nm/min）SiO2HFNH4F（B硅的濕法刻蝕 不同晶面的原子鍵密度不一樣，導(dǎo)致刻蝕速率不一樣。一些刻蝕劑對某一晶面的刻蝕速度比其它晶面快得多，這稱為各向異性刻蝕。對于硅單晶，幾乎所有的各向異性刻蝕液對常用晶面的刻蝕速率均為： R（100）

40、 R（110） R（111）。 (100)、(110)與(111)的腐蝕速率比為100：16：1。一些刻蝕劑，如聯(lián)氨（H2N-NH2）、乙二胺-鄰苯二酚 -水三元混合液（EPW，H2N(CH2)2NH2-C6H4(OH)2-H2O）、氫氧化鉀（KOH）和四甲基氫氧化銨水溶液（TMAH，(CH3)4NOH）等，可以對單晶硅進行各向異性刻蝕。這種濕法刻蝕方法在MEMS器件制備上應(yīng)用較多。整理版硅的濕法刻蝕 不同晶面的原子鍵密度不一樣，利用二氧化硅當(dāng)掩蔽層，對，晶向(oriented)的硅做各向異性腐蝕，會產(chǎn)生清晰的V型溝槽，溝槽的邊緣為(111)晶面，且與(100)的表面有54.7o的夾角，如圖(

41、a)左邊的圖。如果打開的圖案窗足夠大或是腐蝕時間足夠短，則會形成一個U型的溝槽，如圖(a)右邊的圖。 如果使用的是晶向的硅，實際上會在溝槽的邊緣得到兩個垂直的面，這兩個面為(111)的晶面，如圖(b)所示。我們可以用大的各向異性腐蝕速率來制作亞微米線寬的器件結(jié)構(gòu)。整理版利用二氧化硅當(dāng)掩蔽層，對，晶向(oriented)（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片整理版（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片整理版（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片整理版（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片整理版整理版整理版如果打開的圖案窗足夠大或是腐蝕時間足夠短，則會形成一個U型的溝槽，底部面積的寬度為：或整理版如果打開

42、的圖案窗足夠大或是腐蝕時間足夠短，則會形成一個U型的如果使用的是 晶向的硅，實際上會在溝槽的邊緣得到兩個垂直的面，這兩個面為(111)的晶面。整理版如果使用的是 晶向的硅，實際上會在溝槽的邊緣整理版整理版1、干蝕刻的定義2、干蝕刻的原理3、干蝕刻的模式4、RIE刻蝕中的Lag效應(yīng)和Footing效應(yīng)5、干蝕刻設(shè)備結(jié)構(gòu)干法蝕刻整理版1、干蝕刻的定義干法蝕刻整理版鍍膜(PVD、CVD)上光阻(Coater)光罩 曝光(Exposure)去光阻液(Stripper)去光阻蝕刻 (Dry、Wet)酸氣體鍍下一層膜顯影(Developer)顯影液清洗1、干蝕刻的定義整理版鍍膜(PVD、CVD)上光阻(C

43、oater)光罩 曝光(Ex干蝕刻的定義：蝕刻: 就是通過“等離子體（Plasma）蝕刻”即干蝕刻或“濕式化學(xué)蝕刻”將顯影后沒有被光阻覆蓋的薄膜去除，做出需要的線路圖案；干蝕刻: 即將特定氣體置于低壓狀態(tài)下施以電壓，將其激發(fā)成電漿，對特定膜層加以化學(xué)性蝕刻或物理性轟擊或物理化學(xué)結(jié)合刻蝕，達到去除膜層的一種蝕刻方式；1、干蝕刻的定義反應(yīng)正離子轟擊表面原子團和表面膜的表面反應(yīng)副產(chǎn)物的解吸附各向異性刻蝕各向同性刻蝕濺射的表面材料 化學(xué)刻蝕物理刻蝕整理版干蝕刻的定義：1、干蝕刻的定義反應(yīng)正離子轟擊表面原子團和表面等離子體是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。固體液體氣體電漿加熱加熱加電正離子電子自由基分

44、子 什么是等離子體？它主要由電子、正離子、分子、自由基等組成，但其中正負電荷總數(shù)卻處處相等，對外顯示電中性。這種狀態(tài)的氣體被稱為電漿（Plasma）。2、干蝕刻的原理整理版等離子體是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。固體液體氣體電漿2、干蝕刻的原理電漿中有兩類碰1.彈性碰撞2.非彈性碰撞彈性碰撞: 無能量交換，較常發(fā)生，但對蝕刻影響不大非彈性碰撞: 能量交換，對蝕刻影響很大主要反應(yīng)方式有： 離子化碰撞 分解碰撞 激發(fā)松弛碰撞 電漿（等離子體）中的碰撞整理版2、干蝕刻的原理電漿中有兩類碰電漿（等離子體）中的碰撞整理版當(dāng)電子與一個原子或分子相碰撞時，它會將部分能量傳遞給受到原子核或分子核束縛的軌道

45、電子上。如果該電子獲得的能量足以脫離核子的束縛，它就會變成自由電子，此過程稱為粒子碰撞游離。 e- +AA+2e-離子化碰撞非常重要，它產(chǎn)生并維持電漿2、干蝕刻的原理新電離電子電子轟擊原子e-+ Cl Cl + 2e- 離子化碰撞整理版當(dāng)電子與一個原子或分子相碰撞時，它會將部分能量傳遞給受到原子當(dāng)電子和分子碰撞時，如果因撞擊而傳遞到分子的能量比分子的鍵合能量更高時，那就能打破化學(xué)鍵并且產(chǎn)生自由基。 e- +AB A +B +e-自由基是至少帶有一個不成對電子的一種分子碎片，因此并不穩(wěn)定。自由基在化學(xué)上是非?；顫姷?，因為它們有一種很強的傾向去搶奪其他原子或分子的電子以形成穩(wěn)定的分子。2、干蝕刻的

46、原理C轟擊FFFFCFF+ee CF4 CF3* F * e分解碰撞電子自由基（free radical），化學(xué)上也稱為“游離基”，是含有一個不成對電子的原子團。整理版當(dāng)電子和分子碰撞時，如果因撞擊而傳遞到分子的能量比分子的鍵合激發(fā)：碰撞傳遞足夠多的能量而使軌道電子躍遷到能量更高的軌道的過程。 e- +A A+e-激發(fā)狀態(tài)不穩(wěn)定且短暫，在激發(fā)軌道的電子會迅速掉到最低的能級或基態(tài)，此過程稱為松弛。激發(fā)的原子或分子會迅速松弛到原來的基態(tài)，并以光子的形式把它從電子碰撞中得到的能量釋放出來。 A A + h2、干蝕刻的原理h激發(fā)松弛激發(fā)松弛碰撞電子整理版激發(fā)：碰撞傳遞足夠多的能量而使軌道電子躍遷到能量

47、更高的軌道的干蝕刻中起作用的主要是自由基和正離子。自由基化學(xué)性質(zhì)很活潑，很容易和膜表面分子發(fā)生反應(yīng)，可達到膜層去除的作用。反應(yīng)生成物作為廢氣被排出。帶正電的離子在電場的作用下幾乎垂直撞向基板，轟擊膜層表面的分子鍵合，促進自由基的化學(xué)反應(yīng)，并使表面產(chǎn)生的反應(yīng)物脫落。干蝕刻是以自由基為主，還是以正離子為主。是根據(jù)使用的不同分為2種： 物理性蝕刻 化學(xué)性蝕刻2、干蝕刻的原理干蝕刻的方式整理版干蝕刻中起作用的主要是自由基和正離子。自由基化學(xué)性質(zhì)很活潑，物理性蝕刻化學(xué)性蝕刻PlasmaPlasma物理性蝕刻：是電漿中的正離子在電場的作用下加速。垂直轟擊薄膜表面，是非等向性的蝕刻（電場方向蝕刻速率較大）。

48、化學(xué)性蝕刻：是電漿中的自由基與薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是等向性的蝕刻（各方向蝕刻速率一致）。2、干蝕刻的原理干蝕刻的方式整理版物理性蝕刻化學(xué)性蝕刻PlasmaPlasma物理性蝕刻：是電反應(yīng)氣體在高頻電場作用下產(chǎn)生電漿（Plasma）。電漿與基板發(fā)生作用將沒有被光刻膠掩蔽的非金屬薄膜蝕刻掉。2、干蝕刻的原理電漿制程氣體基板光阻非金屬薄膜光阻光阻射頻電源干蝕刻的工作原理整理版反應(yīng)氣體在高頻電場作用下產(chǎn)生電漿（Plasma）。2、干蝕刻干蝕刻模式PE modeRIE modeICP modeECCP mode3、干蝕刻的模式整理版干蝕刻模式PE modeRIE modeICP modeECPE mode

49、（Plasma Etching mode）化學(xué)性蝕刻射頻電源接在上電極,基板位于下電極上在蝕刻中利用自由基與基板的的化學(xué)反應(yīng)進行蝕刻，是等向性蝕刻低蝕刻速率低均一性 對面板造成的損害很少RF(13.56MHz)PE modeplasmaF*F*F*3、干蝕刻的模式一般刻蝕光刻膠整理版PE mode（Plasma Etching mode）化學(xué)RIE mode (Reactive Ion Etching mode)物理性蝕刻+化學(xué)性蝕刻RF接到放置基板的下電極帶正電的粒子在電場的作用下加速，垂直對基板進行粒子轟擊，促進自由基的化學(xué)反應(yīng)非等向性蝕刻RIE modeplasmaSF5+ F*RF(13.56MHz)3、干蝕刻的模式一般刻蝕氧化硅和碳化硅整理版RIE mode (Reac