08微电子工艺基础光刻工艺
光刻工艺流程
光刻工艺流程
《光刻工艺流程》
光刻工艺是半导体制造中至关重要的一步，它通过光刻机将芯片上的图案转移到光敏材料上，从而实现对芯片表面的加工。
光刻工艺流程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤来完成。
首先是准备工作，包括清洁硅片、涂覆光刻胶，以及对光刻胶进行预烘烤，以保证后续的光刻过程能够顺利进行。
接着是对光刻胶进行曝光，这一步需要使用光刻机来对硅片上的光刻胶进行曝光，将图案转移到光刻胶的表面。
曝光完成后，需要进行显影处理，将未曝光部分的光刻胶去除，留下需加工的图案。
接下来是进行蚀刻，将光刻胶下面的硅片层进行加工，形成所需的结构。
最后是清洗去除光刻胶残留物，以及对加工后的芯片进行质检。
光刻工艺流程中的每一个步骤都需要精密的设备和严格的操作，任何一个环节出现偏差都有可能导致芯片的质量受损。
因此，光刻工艺是半导体制造中至关重要的一环，需要经验丰富的工程师来进行调控和优化。
总的来说，光刻工艺流程是半导体制造中不可或缺的重要环节，它直接影响到芯片的性能和质量。
随着半导体技术的不断发展，光刻工艺也在不断更新和优化，以应对日益复杂的芯片结构和制造需求。
微电子工艺——光刻技术
– Step 3A 曝光后烘焙 : • g line, i line，减小驻波效应。 • DUV, 是光敏产酸物与聚合物链反应完成曝光过程的关键 工艺。 – Step 3B 湿化学显影: 溶解曝光区的光刻胶 – Step 3C DI 水漂洗: 结束显影 – Step 3D 显影检查: 对准校验和各种缺陷. • 返工: 如果确定有缺陷和其他问题 ，晶片并不需要废弃， 可以去除光刻胶,再重做。这个工艺对晶片几乎没有损害. – Step 3E 后烘（坚膜）: • 目的：去除显影后胶层内残留的溶剂，使胶膜坚固，同时 提高粘附力和抗蚀。 • 烘烤条件100～140℃，10～30min。
field oxide
oxide silicon substrate silicon substrate
oxide
工艺中的问题
• 涂胶可能出现的缺陷:
缺陷 针孔 云状膜 涂胶不平 原因 污染 超湿度 注口不准, 光刻胶不充分
太厚/薄
“彗星”
旋涂速度不合适, 光刻胶黏度（老 化）， 湿气改变
滴胶时的带进气泡或者微粒粒子*
PHOTOMASK
Mask Feature Size
Printed Feature Size
PHOTORESIST
SILICON SUBSTRATE
光刻中常见问题与解决方法
一、表面反射 穿过光刻胶的光会从硅片表面反射出来，从而改变光刻胶 吸收的光能，特别是硅片表面的金属层会反射较多的光。 硅片表面倾斜的台阶侧面会将光反射到非曝光区。
• 驻波效应 • 当用单色光进行曝光时，入射光会在
光刻胶与衬底的界面上反射。由于入 射光与反射光是相干光，在界面处又 存在180度的相移，在光刻胶内相长与 相消变形成驻波。 • 波节位置：Zmin=Nλ/2n
微电子加工基础工艺总结
1、分立器件和集成电路区别分立元件：每个芯片只具有一种器件；集成电路：每个芯片具有各种元件。
2、平面工艺特点平面工艺是由Hoerni于1960年提出。
在这项技术中，整个半导体表面先形成一层氧化层，再借助平板印刷技术，通过刻蚀去除某些氧化层，从而形成一种窗口。
P-N结形成办法：①合金结办法A、接触加热：将一种p型小球放在一种n型半导体上，加热到小球熔融。
B、冷却：p型小球以合金形式掺入半导体底片，冷却后，小球下面形成一种再分布结晶区，这样就得到了一种pn结。
合金结缺陷：不能精确控制pn结位置。
②生长结办法半导体单晶是由掺有某种杂质（例如P型）半导体熔液中生长出来。
生长结缺陷：不适当大批量生产。
扩散结形成方式与合金结相似点：表面表露在高浓度相反类型杂质源之中与合金结区别点：不发生相变，杂质靠固态扩散进入半导体晶体内部扩散结长处扩散结结深可以精准控制。
平面工艺制作二极管基本流程：衬底制备——氧化——一次光刻（刻扩散窗口）——硼预沉积——硼再沉积——二次光刻（刻引线孔）——蒸铝——三次光刻（反刻铝电极）——P-N结特性测试3、微电子工艺特点高技术含量设备先进、技术先进。
高精度光刻图形最小线条尺寸在亚微米量级，制备介质薄膜厚度也在纳米量级，而精度更在上述尺度之上。
超纯指工艺材料方面，如衬底材料Si、Ge单晶纯度达11个9。
超净环境、操作者、工艺三个方面超净，如 VLSI在100级超净室10级超净台中制作。
大批量、低成本图形转移技术使之得以实现。
高温多数核心工艺是在高温下实现，如：热氧化、扩散、退火。
4、芯片制造四个阶段固态器件制造分为4个大阶段（粗线条）：①材料制备②晶体生长/晶圆准备③晶圆制造、芯片生成④封装晶圆制备：（1）获取多晶（2）晶体生长----制备出单晶，包括可以掺杂（元素掺杂和母金掺杂）（3）硅片制备----制备出空白硅片硅片制备工艺流程（从晶棒到空白硅片）：晶体准备（直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查）→切片→研磨→化学机械抛光（CMP）→背解决→双面抛光→边沿倒角→抛光→检查→氧化或外延工艺→打包封装芯片制造基本工艺增层——光刻——掺杂——热解决5、high-k技术High—K技术是在集成电路上使用高介电常数材料技术，重要用于减少金属化物半导体（MOS）晶体管栅极泄漏电流问题。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是半导体芯片制造中不可或缺的一步，其目的是将芯片设计图案转移到光刻胶上，然后通过化学腐蚀或蚀刻的方式将这些图案转移到芯片表层。
下面是一个光刻工艺的详细步骤介绍：1.准备工作：首先需要清洗芯片表面，以去除表面的杂质和污染物。
清洗可以使用化学溶液或离子束清洗仪等设备。
同时，需要准备好用于光刻的基板，这通常是由硅或其他半导体材料制成的。
2.底层涂覆：将光刻胶涂覆在基板表面，胶层的厚度通常在几微米到几十微米之间。
胶液通常是由聚合物和其他添加剂组成的，可以通过旋涂、喷涂或浸涂等方法进行涂覆。
3.烘烤和预烘烤：将涂覆好的光刻胶进行烘烤和预烘烤。
这一步的目的是除去胶液中的溶剂和挥发物，使胶层更加均匀和稳定。
烘烤的温度和时间可以根据不同的胶液和工艺要求来确定。
4.掩膜对位：将掩膜和基板进行对位。
掩膜是一个透明的玻璃或石英板，上面有芯片设计的图案。
对位过程可以通过显微镜或光刻机上的对位系统来进行。
5.曝光：将掩膜下的图案通过光源进行曝光。
光源通常是由紫外线灯或激光器组成的。
曝光时间和光照强度的选择是根据胶层的特性和所需的图案分辨率来确定的。
6.感光剂固化：曝光后，光刻胶中的感光剂会发生化学反应，使胶层中的暴露部分固化。
这一步被称为光刻胶的显影，可以通过浸泡在显影剂中或使用喷雾设备来进行。
7.显影：在光刻胶上进行显影，即移去显影剂无法固化的胶层。
显影的时间和温度可以根据胶层的特性和图案的要求来确定。
显影过程通常伴随着机械搅动或超声波搅拌，以帮助显影剂的渗透和清洗。
8.硬化：为了提高图案的耐久性和稳定性，可以对显影后的芯片进行硬化处理。
硬化可以通过烘烤、紫外线照射或热处理等方法来实现。
9.检查和修复：在完成光刻工艺后，需要对光刻图案进行检查。
如果发现图案存在缺陷或错误，可以使用激光修复系统或电子束工作站等设备进行修复。
10.后处理：最后，需要对光刻胶进行去除，以准备进行下一步的制造工艺。
去除光刻胶的方法可以采用化学溶剂、等离子体蚀刻或机械刮伤等。
光刻工艺步骤介绍
光刻工艺步骤介绍光刻工艺是一种重要的微电子制造技术，用于将电子芯片的图案转移至硅片上。
下面我将详细介绍光刻工艺的步骤。
第一步：准备硅片在光刻工艺开始之前，首先需要准备好硅片。
这包括清洗硅片表面以去除任何杂质，并在其表面形成一层薄的光刻胶。
光刻胶一般是由聚合物（如光刻胶），溶剂和添加剂组成的混合物。
第二步：涂覆光刻胶准备好的硅片放置在旋涂机上，然后将光刻胶涂覆在硅片表面。
旋涂机会以高速旋转硅片，使光刻胶均匀地覆盖在整个表面上。
涂覆的光刻胶会在硅片上形成一层均匀的薄膜。
第三步：预烘烤涂覆光刻胶后，硅片需要进行预烘烤。
预烘烤的目的是将光刻胶中的溶剂挥发掉，使光刻胶更加稳定。
预烘烤是在较低的温度下进行的，一般在90-100°C之间。
第四步：对准和曝光在对准和曝光步骤中，使用光刻机将芯片的图案转移到光刻胶层上。
首先，在光刻机的对准系统下，将硅片和图案的掩膜进行对准。
对准系统使用电子束或激光进行确切的对准。
一旦对准完成，光刻机会使用紫外线光源照射光刻胶。
光刻胶的激发使其发生化学反应，形成了曝光图案。
第五步：后烘烤曝光完成后，硅片需要进行后烘烤。
后烘烤的目的是将光刻胶中的曝光图案进行固化，并增强其耐久性。
后烘烤的温度和时间会根据光刻胶的类型和用途而有所不同。
第六步：显影显影是将曝光图案从光刻胶中暴露出来的步骤。
使用化学溶液将未曝光的光刻胶部分溶解掉，只留下曝光图案。
这一步骤在洗涤机中进行，确保均匀地清洗掉不需要的光刻胶部分。
第七步：清洗显影完成后，硅片需要通过化学溶液进行清洗，以去除任何剩余的光刻胶和杂质。
清洗过程往往需要使用多种溶液和机械清洗的步骤，以确保硅片表面干净。
第八步：测量和检验最后一步是对光刻结果进行测量和检验。
使用显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备，检查光刻图案是否与设计要求相符。
测量和检验可以帮助确认制造过程中的任何错误或缺陷，以便及时进行修正。
微电子工艺复习重点
1.干法氧化，湿法氧化和水汽氧化三种方式的优缺点。
20XX级《微电子工艺》复习提纲一.衬底制备1.硅单晶的制备方法。
直拉法悬浮区熔法1.硅外延多晶与单晶生长条件。
任意特左淀积温度下，存在最大淀积率，超过最大淀积率生成多晶薄膜，低于最大淀积率，生成单晶外延层。
三.薄膜制备1 •氧化干法氧化：干燥纯净氧气湿法氧化：既有纯净水蒸汽有又纯净氧气水汽氧化：纯净水蒸汽速度均匀重复性结构掩蔽性干氧慢好致密好湿氧快较好中基本满足水汽最快差疏松差2.理解氧化厚度的表达式和曲线图。
二氧化硅生长的快慢由氧化剂在二氧化硅中的扩散速度以及与硅反应速度中较慢的一个因素决左；当氧化时间很长时，抛物线规律，当氧化时间很短时，线性规律。
3.温度、气体分压、晶向、掺杂情况对氧化速率的影响。
温度：指数关系，温度越髙，氧化速率越快。
气体分压：线性关系，氧化剂分压升高，氧化速率加快晶向：(111)面键密度大于(100)而，氧化速率髙：髙温忽略。
掺杂：掺杂浓度高的氧化速率快：4.理解采用「法热氧化和掺氯措施提高栅氧层质量这个工艺。
m寧二氧化硅特恂提高氧化质量。
干法氧化中掺氯使氧化速率可提高1%$%。
四s薄膜制备2•化学气相淀积CVD1.三种常用的化学气相淀积方式，在台阶覆盖能力，呈膜质量等各方而的优缺点。
常压化学气相淀积APCVD：操作简单淀积速率快，台阶覆盖性和均匀性差低压化学气相淀积LPCVD：台阶覆盖性和均匀性好，对反应式结构要求不高，速率相对低，工作温度相对高，有气缺现象PECVD：温度低，速率高，覆盖性和均匀性好，主要方式。
2.本征SiCh，磷硅玻璃PSG,硼磷硅玻璃BPSG的特性和在集成电路中的应用。
USG：台阶覆盖好，黏附性好，击穿电压高，均匀致密：介质层，掩模(扩散和注入)，钝化层，绝缘层。
PSG：台阶覆盖更好，吸湿性强，吸收碱性离子BPSG：吸湿性强，吸收碱性离子，金属互联层还有用(具体再查书)。
3.热生长SiO2和CVD淀积SiO?膜的区别。
微电子工艺之光刻技术
三、光刻机（曝光方式）
②特点 避免了掩膜版与硅片表面的摩擦延长了掩膜版的 寿命。 掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多，克服了 小图形制版的困难。 消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生的光衍 射效应以及掩膜版与硅片表面接触不平整而产生 的光散射现象
三、光刻机（曝光方式）
③基本参数 分辨率R=k1λ/NA 焦深DOF=k2λ/(NA)2 焦深:沿着光通路，硅片可移动并能保持图形聚焦的移 动距离。 K1和k2为与系统有关的常数。 提高分辨率方法：λ↓及 NA↑。 但 NA↑，DOF ↓ 例，取λ＝365nm，NA＝0.4，则DOF＝2.3 μm NA＝0.6，则DOF＝1 μm,
四、光刻蚀工艺流程
②光刻Al的硅片 在丙酮中，水浴15分钟，烘干，再涂胶。 ⅱ）对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚的5－8倍） ⅲ）涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√ 2.前烘 ①目的：促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥， 增加胶膜与SiO2 （Al膜等）的粘附性及耐磨性。
三、光刻机（曝光方式）
④1:1扫描投影光刻机（美国Canon公司）
三、光刻机（曝光方式）
⑤分步重复投影光刻机--Stepper DSW:direct-step-on-wafer ⅰ）原理： 采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜. 曝光场：一次曝光只有硅片的一部分，可以大大 提高ＮＡ(0.7)，并避免了许多与高NA有关的聚 焦深度问题，加大了大直径硅片生产可行性。 采用了分步对准聚焦技术。
二、光刻版（掩膜版）
制版程序：绘制版图→数据转换成图形发生器的 专用文件（CIF文件、PG文件）→驱动和控制图 形发生器，以一定的间距和布局，将掩膜图形印 制于掩膜材料上，进而制备出批量生产用的掩膜 版。 根据使用的光刻机，掩膜可以与最后完成的芯片 上的图形有同样的尺寸或是该尺寸的整数倍，后 者在曝光时掩膜上的图形被缩小。通常缩小倍数 为4和5。
MEMS工艺-光刻技术
控制尺寸和形状
通过调整光刻参数，如波长、曝光时 间和焦距等，可以精确控制微结构的 尺寸和形状，以满足MEMS器件的性 能要求。
光刻技术能够将设计好的微结构高精 度地复制到光敏材料上，确保批量生 产的稳定性和一致性。
光刻技术在mems工艺中的优势
01
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高精度
光刻技术能够实现高精度 的微结构复制，有利于提 高MEMS器件的性能和稳 定性。
重要性
光刻技术是微电子制造中的关键环节，其精度和效率直接决定了集成电路或 MEMS器件的性能和成本。随着MEMS器件尺寸的不断减小，光刻技术的重要 性越来越突出。
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mems工艺简介
mems工艺的定义和特点
定义
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）工艺是一种制造微小机械和电子系 统的技术，其尺寸通常在微米或纳米级别。
电子束光刻技术
电子束光刻技术具有极高的空间分辨 率和制程能力，能够制造出高精度的 微结构，但制程效率相对较低。
mems工艺中的光刻技术发展趋势
极紫外光刻技术
极紫外光刻技术具有更高的分辨率和制程能力，是下一代 光刻技术的发展方向之一，将为MEMS工艺带来更大的 发展空间。
纳米压印光刻技术
纳米压印光刻技术是一种新型的光刻技术，具有较高的制 程效率和较低的成本，是未来MEMS工艺中制造高精度 微结构的重要手段之一。
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光刻技术的不断进步将推动 MEMS工艺的发展，实现更高精 度、更高性能的MEMS器件制造。
随着人工智能、物联网等新兴领 域的发展，MEMS器件的应用需 求将不断增长，光刻技术将发挥 更加重要的作用。
光刻技术的未来发展将更加注重 环保和可持续发展，推动绿色制 造的进程。
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08微电子工艺基础光刻工艺
3、正胶、负胶的比较（*）
正胶
负胶
①
不易氧化
易氧化而使光刻胶膜变薄
②
成本高
成本低
③ 图形边缘整齐、陡直，无溶胀现象
掩模板的 图形是由 不透光的 区域决定
的
在掩膜板上 的图形是用 相反的方式 微电子编工码业的基础
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3、正、负胶的比较
（2）负胶
负胶大多数由长链高分子有机物组成。 例如：由顺聚异戊二烯、对辐照敏感的交联剂以及溶剂组成的 负胶，响应波长330-430nm，胶膜厚度0.3-1μm，显影液是 有机溶剂如二甲苯等。曝光的顺聚异戊二烯在交联剂作用下交 联，成为体形高分子并固化，不再溶于有机溶剂构成的显影液， 而未曝光的长链高分子溶于显影液，显影时被去掉。
① 聚合物 ② 溶剂 ③ 光敏剂 ④ 添加剂
光刻胶中对光和能量敏感的物质； 其作用是使胶具有一定的粘度，能均匀涂覆； 有时也称为增感剂； 达到特定效果；
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2、光刻胶的参数
（1）感光度 用于表征光刻胶感光性能的。
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2、光刻胶的参数
（1）尽可能接近特征图形尺寸。 （2）在晶圆表面正确定位图形（称为 Alignment或者Registration），包括套刻准 确。
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4、光刻工艺步骤概述（**）
光刻蚀工艺: 首先是在掩膜版上形成所需的图形； 之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶圆表 面的每一层。（P130倒数第二段）
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2、光刻的目的
光刻的目的就是：在介质薄膜（二氧化硅、氮化 硅、多晶硅等）、金属薄膜或金属合金薄膜上面 刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，从而实现 选择性扩散和金属薄膜布线的目的。
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3、光刻的目标（教材P130最上部分）
（2）分辨率 指用某种光刻胶光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。 它是表征光刻精度或清晰度能力的标志之一。 分辨率通常以每毫米内能刻蚀出可分辨的最多线条数目 来表示。 通常正胶的分辨率高于负胶。
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2、光刻胶的参数
（3）抗蚀性
在湿法刻蚀中，要求光刻胶能较长时间的经受酸、碱的浸蚀； 在干法刻蚀中，要求光刻胶能较长时间的经受等离子体的作用。
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2、光刻胶的参数
（6）留膜率 留膜率是指曝光显影后的非溶性胶膜厚度与曝光前 的胶膜厚度之比。 刻蚀时起掩蔽作用的是显影后非溶性的胶膜，所以希 望光刻胶的留膜率越高越好。
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3、正、负胶的比较
（1）正、负胶和掩膜版极性的结合（参见教材P131和P132）
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08微电子工艺基础光刻工艺
本章目标：
1、熟悉光刻工艺的流程 2、能够区别正胶和负胶 3、了解对准和曝光的光学方法 4、解释湿法刻蚀和干法刻蚀的方法和优缺点
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08微电子工艺基础光刻工艺
一、概述 二、光刻胶 三、曝光、显影阶段 四、刻蚀、去胶阶段
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08微电子工艺基础光刻工艺
微电子工业基础
08微电子工艺基础光刻工艺
二、光刻胶
1、光刻胶的组成、分类 2、光刻胶的参数 3、正负胶比较 4、电子抗蚀剂 5、X-射线抗蚀剂
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1、光刻胶的组成、分类
光刻时接受图像的介质称为光刻胶，以光刻胶构成的 图形作为掩膜对薄膜进行腐蚀，图形就转移到晶片表 面的薄膜上了，所以也将光刻胶称为抗蚀剂。 （1）光刻胶的分类 ① 根据曝光源和用途 A. 光学光刻胶（主要是紫外线）
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4、光刻工艺步骤概述（**）
（1）图形转移的两个阶段 ① 图形转移到光刻胶层
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4、光刻工艺步骤概述（**）
（1）图形转移的两个阶段 ② 图形从光刻胶层转移到晶圆层
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4、光刻工艺步骤概述（**） （2）十步法
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2、光刻胶的参数
（4）粘附性 光刻胶与衬底（二氧化硅、金属等）之间粘附的牢 固程度直接影响到光刻的质量。
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2、光刻胶的参数
（5）针孔密度 单位面积上针孔数目称为针孔密度。光刻胶膜上的 针孔在刻蚀过程中会传递到衬底上，危害极大。 光刻胶层越薄，针孔越多，但太厚了又降低光刻胶的 分辨率。
负胶：胶的曝光区在显影中保留，用的较多。具体说来负胶 在曝光前对某些有机溶剂（丙酮、丁酮、环己酮）是可溶的， 而曝光后发生光聚合反应变成不可溶的。
使用这种光刻胶时，能够得到与掩膜版遮光图案相反的图形， 故称之为负胶。
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08微电子工艺基础光刻工艺
1、光刻胶的组成、分类
（2）光刻胶的组成
光刻胶里面有4种基本成分：（参见教材P135）
B. 电子抗蚀剂 C. X-射线抗蚀剂
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1、光刻胶的组成、分类
（1）光刻胶的分类 ② 根据胶的极性 A. 正胶 B. 负胶
正胶：胶的曝光区在显影中除去。正胶曝光时发生光分解反 应变成可溶的。
使用这种光刻胶时，能够得到与掩膜版遮光图案相同的图形， 故称之为正胶。
微电子工业基础ຫໍສະໝຸດ 08微电子工艺基础光刻工艺
1、光刻胶的组成、分类
（3）正胶
当前常用的正胶由以下物质组成的：酚醛树脂、光敏剂 邻 重 氮 醌 和 溶 剂 二 甲 氧 基 乙 醛 等 。 响 应 波 长 330430nm，胶膜厚1-3μm，显影液是氢氧化钠等碱性物 质。曝光的光刻胶光分解后易溶于显影液，未曝光的胶 膜难溶于碱性显影液。
08微电子工艺基础光刻工艺
一、概述
1、光刻的定义 2、光刻的目的 3、光刻的目标 4、光刻工艺步骤概述
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08微电子工艺基础光刻工艺
1、光刻的定义
光刻是图形复印与腐蚀作用相结合，在晶片表面薄 膜上制备图形的精密表面工艺技术。 英 文 术 语 是 Photolithography( 照 相 平 板 ) ， Photomasking（光掩模）等。