1、半導(dǎo)體工藝之光刻+刻蝕,摻雜,光 刻,刻 蝕,鍍膜,刻蝕,擴(kuò)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,生活的中類半導(dǎo)體工藝,掩膜+腐蝕,掩膜+光照,濺射+電鍍,光刻中.,微納器件需要怎樣的加工環(huán)境？,50 um,100 um,0.01 um-5 um,粉塵 ： 1-100 um,灰塵 ： 2-100 um,霧霾 ： 10um,什么是 PM2.5？,更衣間,風(fēng)淋室,工作間1,工作間2,超凈間的組成及注意事項(xiàng),超凈服的穿戴,第一步：戴上口罩； 注意事項(xiàng)： 穿戴前把頭發(fā)扎好，衣服整理好； 戴口罩時(shí)可以露出鼻子。,戴口罩時(shí)可以露出鼻

2、子,工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng),第二步：戴上工帽； 注意事項(xiàng)： 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(xiàng),第三步：穿戴工衣； 注意事項(xiàng)： 工帽需要被工衣完 全覆蓋 需要扣好紐扣。,工帽外露，紐扣沒(méi)有扣好,工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng),第四步：穿戴工褲、工鞋； 注意事項(xiàng)： 選用合適的工鞋，穿工鞋時(shí)不能踩到鞋跟。,踩 到 鞋 跟,工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng),第五步：戴好乳膠手套； 注意事項(xiàng)： 乳膠手套分大（L)、中(M)、小(S)，請(qǐng)選用尺寸合適的手套,乳 膠 手 套 尺 寸 過(guò) 大,工作服穿戴步驟及注意事項(xiàng),穿戴流程示意圖,有污漬的工作服要及時(shí)清洗,臟的工鞋要及時(shí)清洗,不可以

3、在工作服上隨便亂涂寫(xiě),干凈潔白的工作服,其他注意事項(xiàng),氧化：高品質(zhì)SiO2的成功開(kāi)發(fā)，是推動(dòng)硅(Si)集成電路成為商用產(chǎn)品主流的一大動(dòng)力。一般說(shuō)來(lái)， SiO2可作為許多器件結(jié)構(gòu)的絕緣體，或在器件制作過(guò)程中作為擴(kuò)散或離子注入的阻擋層。如在p-n結(jié)的制造過(guò)程中， SiO2薄膜可用來(lái)定義結(jié)的區(qū)域。 圖 (a)顯示一無(wú)覆蓋層的硅晶片，正準(zhǔn)備進(jìn)行氧化步驟。在氧化步驟結(jié)束后，一層SiO2就會(huì)均勻地形成在晶片表面。為簡(jiǎn)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？,光刻：技術(shù)被用來(lái)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(jī)，將晶片表面旋涂一層對(duì)紫外光敏感的

4、材料，稱為光刻膠(photo-resist)。將晶片從旋轉(zhuǎn)機(jī)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(qiáng)光刻膠與晶片的附著力。如圖 (d)所示，下一個(gè)步驟使用UV光源，通過(guò)一有圖案的掩模版對(duì)晶片進(jìn)行曝光。對(duì)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。而被暴露在光線中的光刻膠會(huì)進(jìn)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(jìn)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(huì)溶解并被洗去。,導(dǎo)入PN結(jié)的制作,刻蝕氧化層： 圖 (a)為顯影后的晶片。晶片再次于120180 之間烘烤20min，以加強(qiáng)

5、對(duì)襯底的附著力和即將進(jìn)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(lái)移除沒(méi)有被光刻膠保護(hù)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(méi)有氧化層區(qū)域(一個(gè)窗戶)的最終結(jié)果。晶片此時(shí)已經(jīng)完成準(zhǔn)備工作，可接著用擴(kuò)散或離子注入。步驟形成p-n結(jié)。,導(dǎo)入PN結(jié)的制作,擴(kuò)散：在擴(kuò)散方法中，沒(méi)有被SiO2保護(hù)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(kuò)散的方式，進(jìn)入半導(dǎo)體晶格。在離子注入時(shí)，將欲摻雜的雜質(zhì)離子加速到一高能級(jí)，然后注入半導(dǎo)體內(nèi)。 SiO2可作為阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散或離子注入的阻擋層。在擴(kuò)散或離子注

6、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(kuò)散或橫向散開(kāi)(lateral straggle，又譯橫向游走)的關(guān)系，P型區(qū)域會(huì)比所開(kāi)的窗戶稍微寬些。,導(dǎo)入PN結(jié)的制作,金屬薄膜沉積：在擴(kuò)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(lái)形成。光刻步驟再度用來(lái)定義正面接觸點(diǎn)，如圖 (f)所示。一相似的金屬化步驟可用來(lái)定義背面接觸點(diǎn)，而不用光刻工藝。一般而言，低溫(500。C)的退火步驟用來(lái)促進(jìn)金屬層和半導(dǎo)體之間的低電阻接觸點(diǎn)。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,圖形轉(zhuǎn)移(pattern

7、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(jì)從圖紙或工作站轉(zhuǎn)移到基片上得以實(shí)現(xiàn)，我們可以把它看作是一個(gè)在襯底上建立三維圖形的過(guò)程，包括光刻和刻蝕兩個(gè)步驟。 光刻 (lithography，又譯圖形曝光 )：使用帶有某一層設(shè)計(jì)幾何圖形的掩模版(mask)，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)曝光和顯影，使光敏的光刻膠在襯底上形成三維浮雕圖形。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(jiǎn)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(jìn)行選擇性刻蝕。,導(dǎo)入光刻和刻蝕,

8、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(gè)數(shù)量級(jí)以上，主要?dú)w功于光刻技術(shù)的進(jìn)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,光刻工藝的重要性： a. 微/光電子制造需進(jìn)行多次光刻； b. 耗費(fèi)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,準(zhǔn)備光刻膠（光刻膠的保存）,低溫黑暗條件下保存,1. 準(zhǔn)備硅片（清洗）+噴涂粘附劑,2. 噴涂粘附劑（HMDS 六甲基二硅胺）,3. 滴膠+甩膠,

9、滴膠,4. 前烘,5. 裝片,6.裝掩膜版（光刻板）,6. 裝掩膜版（光刻板）,7.對(duì)準(zhǔn)+曝光,8. 后烘，顯影+定影,顯影前后,光刻的基本概念,光刻的本質(zhì)：光刻處于硅片加工過(guò)程的中心，光刻常被認(rèn)為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟。光刻的本質(zhì)就是把臨時(shí)電路/器件結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進(jìn)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(guò)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曝光在硅片表面形成三維圖形。,光刻膠的三維圖形,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(lái)越小要求實(shí)現(xiàn)掩模圖形高水平轉(zhuǎn)移的光學(xué)系統(tǒng)分辨率必

10、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(shí)間就必須使用高靈敏度的光刻膠。 3、高對(duì)比度的光刻膠 對(duì)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(shuō)，光刻膠的對(duì)比度會(huì)直接影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬 4、套刻對(duì)準(zhǔn)精度 在電路制造過(guò)程中要進(jìn)行多次的光刻，每次光刻都要進(jìn)行嚴(yán)格的套刻。,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(duì)數(shù)，它是對(duì)光刻工藝可以達(dá)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(duì)比度,對(duì)比度是衡量光刻膠區(qū)分掩模

11、版上亮區(qū)與暗區(qū)的能力大小的指標(biāo)。從理論上 說(shuō)，光刻膠的對(duì)比度會(huì)直接影響曝光后光刻膠圖形的傾角和線寬。,為測(cè)量光刻膠的對(duì)比度，可以將一定厚度的光刻膠在不同輻照劑量下曝光，測(cè)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(jìn)行計(jì)算。,對(duì)于負(fù)膠，存在一個(gè)臨界曝光劑量 D0。曝光劑量小于D0時(shí)，負(fù)膠在顯影液中完全可溶，不會(huì)形成曝光圖形。曝光劑量達(dá)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(dá)到 D100 以上時(shí)，感光區(qū)剩余膜厚最終達(dá)到初始時(shí)負(fù)膠的厚度。因此，負(fù)膠的對(duì)比度取決于曲線的曝光劑量取對(duì)數(shù)坐標(biāo)之后得到的斜率。,負(fù)膠光刻膠對(duì)比度曲線,負(fù)膠的對(duì)比度,正膠的感光區(qū)剩余膜

12、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?？梢钥闯?，感光區(qū)剩余膜厚隨曝光劑量的增加逐漸減小。對(duì)比度與該曲線外推斜率的絕對(duì)值有關(guān)：,正膠光刻膠對(duì)比度曲線,正膠的對(duì)比度,光刻工藝,光刻工藝包括兩種基本的工藝類型：負(fù)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(fù)性光刻：所使用的是負(fù)性光刻膠，當(dāng)曝光后，光刻膠會(huì)因?yàn)榻宦?lián)而變得不可溶解，并會(huì)硬化，一旦硬化，交聯(lián)的光刻膠就不能在溶濟(jì)中被洗掉，因?yàn)楣饪棠z上的圖形與投影掩膜版上的圖形相反因此這種光刻

13、膠被稱為負(fù)性光刻膠。 正性光刻：與負(fù)性光刻相反,負(fù)性光刻,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,正性光刻,photoresist,silicon substrate,oxide,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,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,光刻膠,光刻膠是一種有機(jī)化合物,它受紫外曝光后,在顯影溶液中的溶解度會(huì)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,

14、保護(hù)下面的材料(例如刻蝕或離子注入阻擋層);,光刻膠的種類及對(duì)比,正性光刻膠和負(fù)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(fù)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(duì)比：負(fù)性光刻膠在顯影時(shí)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。,光刻膠的成分,溶劑: (Solvent ) 使光刻膠具有流動(dòng)性,感光劑: （正膠：PAG 負(fù)膠： 環(huán)化聚異戊二烯） 光敏產(chǎn)酸溶劑 對(duì)于正膠：曝光后產(chǎn)酸使膠酸解； 對(duì)于負(fù)膠：曝光后可以促使膠發(fā) 生鉸鏈反應(yīng)。,樹(shù)脂: (Resin) 作為粘合

15、劑的聚合物的混合物,給予光刻膠機(jī)械和化學(xué)性質(zhì),正性光刻膠酸解,負(fù)性光刻膠交聯(lián),光刻的八個(gè)步驟,1：清洗+氣相成底膜處理,光刻的第一步是清洗:要成功地制造集成電路，硅片在所有的工藝步驟中都要仔細(xì)地清洗。在各個(gè)工藝步驟間的保存和傳送硅片時(shí)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(jī)物、工藝殘余、可動(dòng)離子）；b、除去水蒸氣，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增?qiáng)表面的黏附性,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,它起到提高使表面具有疏水性并且增強(qiáng)基底表面跟光刻膠的粘附力。 硅片成底膜處理的一個(gè)重要方面在于成底膜后要盡快涂膠,使潮

16、氣問(wèn)題最小化. 成底膜技術(shù):HMDS可以用浸泡,噴霧和氣相方法來(lái)涂.,HMDS(旋涂或噴涂),浸潤(rùn),旋涂,氣相方法,2：旋轉(zhuǎn)涂膠,旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠的4個(gè)步驟,3) 快速甩掉 多余的膠,2) 慢速旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)涂膠結(jié)果檢查和處理,1： 表面干凈，均勻，光亮； 2：無(wú)放射狀線條； 3： 背面無(wú)滲膠； 4：去邊處理:由中心向外越來(lái)越薄，但是最邊緣特別厚，所以要進(jìn)行去邊處理。,涂膠設(shè)備,3：軟烘,軟烘的作用: 1.除去溶劑（47%）； 2.增強(qiáng)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(lái)是在冷板上降溫的步驟,以得到光刻膠一致特性的

17、硅片溫度控制。,在真空熱板上軟烘,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,如果光刻膠膠膜在涂膠后沒(méi)軟烘將出現(xiàn)的問(wèn)題,光刻膠膜發(fā)黏并易受顆粒沾污： 由于溶劑含量過(guò)高導(dǎo)致在顯影時(shí)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(shí)的熱量)可能沾污光學(xué)系統(tǒng)的透鏡;,4：對(duì)準(zhǔn)和曝光,曝光光源,紫外光用于光刻膠的曝光是因?yàn)楣饪棠z材料與這個(gè)特定波長(zhǎng)的光反應(yīng)。波長(zhǎng)也很重要,因?yàn)檩^短的波長(zhǎng)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

18、用汞放電時(shí)產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見(jiàn)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(shí)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(jìn)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(gè)重要方面是光的強(qiáng)度,光強(qiáng)被定義為單位面積的功率,典型的高壓汞燈的發(fā)射光譜,汞燈強(qiáng)度峰,五個(gè)精細(xì)光刻設(shè)備如下所示： 1.接觸式光刻機(jī) 2.接近式光刻 3. 掃描投影光刻機(jī) 4. 分步重復(fù)光刻機(jī) 5.步進(jìn)掃描光刻機(jī),光刻設(shè)備,接觸/接近式光刻機(jī)系統(tǒng),a、接觸式曝光（Contact Printing）。掩膜板直接與光刻膠層接觸。曝光出來(lái)的圖

19、形與掩膜板上的圖形分辨率相當(dāng)，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：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(kāi)，大約為1050m。可以避免與光刻膠直接接觸而引起的掩膜板損傷。但是同時(shí)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。,5. 曝光后烘焙,對(duì)于深紫外(DUV)光刻膠在100度至110度的熱板上進(jìn)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(qiáng)PAG產(chǎn)生的酸跟化學(xué)集團(tuán)的反應(yīng)。,駐波：駐波表征入射光波和反射光波之

20、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。,光刻膠中的駐波效應(yīng),6:顯影,顯影方法,1 連續(xù)噴霧顯影,噴霧式顯影,2 旋轉(zhuǎn)浸沒(méi)顯影,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(wèn)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(wèn)題無(wú)法接受，那么硅片就報(bào)廢； 2 如果問(wèn)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(jìn)行光學(xué)光刻工藝的過(guò)程稱為硅片返工。,負(fù)膠通過(guò)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(fù)膠的一個(gè)主要問(wèn)題是交聯(lián)光刻膠由于在清洗過(guò)

21、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。,負(fù)膠顯影,正膠顯影,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(gè)主要類型的問(wèn)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(guò)程去掉的剩余光刻膠； 過(guò)顯影：過(guò)顯影除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形。,7.堅(jiān)膜 烘焙,顯影后的熱烘叫做堅(jiān)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(duì)硅片表面的粘附性.這一步是穩(wěn)固光刻膠,對(duì)下面的刻蝕和離子注入過(guò)程非常關(guān)鍵。 堅(jiān)

22、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(jìn)行。充分加熱后，光刻膠變軟并發(fā)生流動(dòng)。較高的堅(jiān)膜溫度會(huì)引起光刻膠輕微流動(dòng)，從而造成光刻圖形變形。 正膠的堅(jiān)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(huì)流動(dòng)從而破壞圖形。,高溫下變軟的光刻膠流動(dòng),顯影檢查的返工流程,1. 氣相成底膜,2. 旋轉(zhuǎn)涂膠,3. 軟烘,4. 對(duì)準(zhǔn)和曝光,5. 曝光后烘焙,6. 顯影,7. 堅(jiān)膜烘焙,8. 顯影后檢查,1.超凈間的等級(jí)劃分及其組成。 2.光刻的定義，正性光刻和負(fù)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(duì)光刻的影響；,知識(shí)回顧：,剝離（li

23、ftoff）是由去膠派生出的一項(xiàng)工藝。利用正膠在襯底上形成光刻膠圖形后，在整個(gè)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,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。,半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕,一、基本概念 二、刻蝕方法 三、刻蝕參數(shù),

24、半導(dǎo)體微納工藝之-刻蝕,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(kāi)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,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(guò)光刻膠中開(kāi)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,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

25、后的殘留物等。,濕法刻蝕,部分絕緣材料和金屬的濕法化學(xué)刻蝕劑,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(duì)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(duì)于硅單晶，幾乎所有的各向異性刻蝕液對(duì)常用晶面的刻蝕速率均為： R（100） 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(duì)單晶硅進(jìn)行各向異

26、性刻蝕。這種濕法刻蝕方法在MEMS器件制備上應(yīng)用較多。,利用二氧化硅當(dāng)掩蔽層，對(duì)，晶向(oriented)的硅做各向異性腐蝕，會(huì)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(a)左邊的圖。如果打開(kāi)的圖案窗足夠大或是腐蝕時(shí)間足夠短，則會(huì)形成一個(gè)U型的溝槽，如圖(a)右邊的圖。 如果使用的是晶向的硅，實(shí)際上會(huì)在溝槽的邊緣得到兩個(gè)垂直的面，這兩個(gè)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(lái)制作亞微米線寬的器件結(jié)構(gòu)。,（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片,（100）晶向硅片刻蝕后的SEM照片,如果打開(kāi)的圖案窗足夠大或是腐蝕時(shí)間足

27、夠短，則會(huì)形成一個(gè)U型的溝槽，底部面積的寬度為：,或,如果使用的是 晶向的硅，實(shí)際上會(huì)在溝槽的邊緣得到兩個(gè)垂直的面，這兩個(gè)面為(111)的晶面。,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,1、干蝕刻的定義,干蝕刻的定義： 蝕刻: 就是通過(guò)“等離子體（Plasma）蝕刻”即干蝕刻或“濕式化學(xué)蝕刻”將顯影后沒(méi)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(duì)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(dá)到去除膜層的一種蝕刻方式；,1、干蝕

28、刻的定義,等離子體是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。,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(fù)電荷總數(shù)卻處處相等，對(duì)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,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(wú)能量交換，較常發(fā)生，但對(duì)蝕刻影響不大 非彈性碰撞: 能量交換，對(duì)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,當(dāng)電子與一個(gè)原子或分子相碰撞時(shí)，它會(huì)將部分能量傳遞給受到原子核或分子核束縛的軌道電子上。如果該電子獲得的能量足以脫離核子的束縛，它就會(huì)變成自

29、由電子，此過(guò)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,當(dāng)電子和分子碰撞時(shí)，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(shí)，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(gè)不成對(duì)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?yàn)樗鼈冇幸环N很強(qiáng)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、干蝕刻的原理,C,轟擊,F,F,F,F,C,F,F,+,e,e CF4 CF3* F * e,分解碰撞,電子,自由

30、基（free radical），化學(xué)上也稱為“游離基”，是含有一個(gè)不成對(duì)電子的原子團(tuán)。,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(guò)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(huì)迅速掉到最低的能級(jí)或基態(tài)，此過(guò)程稱為松弛。激發(fā)的原子或分子會(huì)迅速松弛到原來(lái)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(lái)。 A A + h,2、干蝕刻的原理,h,激發(fā),松弛,激發(fā)松弛碰撞,電子,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(dá)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(chǎng)的作用下幾乎垂直撞向基

31、板，轟擊膜層表面的分子鍵合，促進(jìn)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,物理性蝕刻,化學(xué)性蝕刻,物理性蝕刻：是電漿中的正離子在電場(chǎng)的作用下加速。垂直轟擊薄膜表面，是非等向性的蝕刻（電場(chǎng)方向蝕刻速率較大）。,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,反應(yīng)氣體在高頻電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電漿（Plasma）。 電漿與基板發(fā)生作用將沒(méi)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,

32、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,3、干蝕刻的模式,PE mode（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(jìn)行蝕刻，是等向性蝕刻 低蝕刻速率 低均一性 對(duì)面板造成的損害很少,3、干蝕刻的模式,一般刻蝕光刻膠,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(chǎng)的作用下加速，垂直對(duì)基板進(jìn)行粒子轟擊，促進(jìn)自由基的化學(xué)反應(yīng) 非等向性蝕刻,3、干蝕刻的模式,一般刻蝕氧化硅和碳化硅,ICP mode（Inductively Coupled Plasma ）,物理性蝕刻+化學(xué)性蝕刻 上部是線圈狀的誘導(dǎo)電極，下部是Bias電源 在線圈狀電極的磁場(chǎng)作用下，plasma中的電子和離子會(huì)做水平方向的螺旋運(yùn)動(dòng)，因此電離率比其他