半导体光刻工艺技术基础PPT

半导体的应用，按照其制造技术可以 分为：集成电路（IC）器件，分立器 件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、 储存器等大类
半导体发展历史

1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低（负 电阻率温度特性）。这是半导体现象的首次发现。 1839年，法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下 会产生一个电压--光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。 1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关， 即它的导电有方向性，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的 第三种特性。 1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应， 这是半导体又一个特有的性质。 1911年考尼白格和维斯首次定义半导体这个名词。
P+
P+
N-Well
N+
P-Well
N+
光刻设备在IC制造中的作用
----IC电路单层制造流程简介
在wafer（晶圆）预检侧完毕被送到FAB的工艺线上后，先后在wafer表面 生长出一层致密的SiO2膜和另外一层Si3N4膜，分别称为PAD Oxide和Nitride。
Nitride PAD Oxide
IMD Film
IMD Film
IMD Film
Si Base
Si Base
Si Base
PR Developing 52s Puddle ,45s Rinse
Hard Bake 110 º C 60 S
Cooling 23 º C
CD
PR IMD Film Cu PR IMD2 Cu IMD 1 IMD Film
随后进入光阻图形转换至晶圆表面阶段：通过各种刻蚀工艺转换图形至晶圆表面。 最后，将作为遮挡层的光阻（PR）剥离。到此第一层工艺完成。
PR
Nitride PAD Oxide
光刻设备在IC制造中的作用 ----IC电路单层制造流程简介
流程
薄膜
说明
薄膜(Thin_film)
1.化学气相沉积(CVD) 2.金屬溅镀(PVD) 3.扩散(Diffusion) FILM Wafer
1.湿蚀刻(Wet-ETCH) 2.干蚀刻(DRY-ETCH)
光阻去除(PR remove)
光阻去除
将光阻去除后就是我們所需的 用


由POLY工艺：
集成电路的最小线宽决定于光刻设备的分辨率。它定义了半导体器件 尺寸。

光刻设备是IC制造中的核心设备。
Si Base
Si Base
Si Base
ADI inspection
OVL Measurement
Ion Plasma
CD Measurement
+++++++
eeeIMD
ee-
Si Base
Etching
光刻关键参数 请大家思考两个问题： <1> 国贸高楼，建筑师建造之的难度和关键点； <2> 给你的朋友照像时，如何才能留下 那美好的一瞬间，永久回忆？
。。。
Diffusion
deposition implant
plating
etching
三、光刻的工艺流程
1. 2.
光刻工艺 光刻关键参数
光刻工艺
光刻工艺流程 Standard Litho Process Wafer Flow ( 1)
光刻工艺流程 Standard Litho Process Wafer Flow ( 2)
光刻关键参数 Answer： <1> 国贸高楼 对准和线宽控制； <2> 照像 1）光线；2）好的底片；3）好的相机；4）失真？ 5）本人天生面目？
Micro-lithography Key parameter
• For design rule:
光刻关键参数
– – – – – – –
Resolution Light Source Depth of Focus(DOF) Linearity Line-edge Roughness CD Uniformity Overlay
STI: shallow trench isolate浅沟槽隔离工艺
光刻设备在IC制造中的作用
----IC电路单层制造流程简介
然后在两层膜的表面甩上光阻、曝光、 显影，进而在wafer表面形成光阻的电路 图形。
PR Nitride PAD Oxide
光刻设备在IC制造中的作用
----IC电路单层制造流程简介
图释
Wafer
黃光
黃光(PHOTO)
1.光罩(MASK) 2.光阻(Coater) 3.曝光(Exposure) 4.显影(Development)
FILM Wafer
光刻决定CD
光罩 光阻 FILM Wafer
25~45次litho 65nm,>45层
植入 刻蚀
光阻 FILM Wafer
刻蚀(ETCH)





1947年12月由贝尔实验室完成四特性的总结并最终应用。
二、光刻技术在IC制造中的作用

何谓集成电路IC IC芯片剖面图 单层制造流程简述 光刻设备在IC制造中的作用
何谓IC---集成电路

IC:用硅的体电阻做电阻，用P-N结形成电容；所有有源和 无源器件器件都集合到一个半导体材料上。 1958年9月，TI公司的Jack S.Kilby第一次将所有元器件 （12个元件）都集合到一个的半导体材料上,产生第一块 集成电路。2000年度荣获诺贝尔物理学奖。 现在，超大规模集成电路，一个芯片可以容纳百万个元件。
Contents
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7.
半导体技术 光刻技术在IC制造中的作用 光刻的工艺流程 光刻胶 光刻机 光源 技术改进和新技术
一、半导体技术

半导体定义 半导体发展历史
半导体定义

常温下导电性能介于导体(conductor) 与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做 半导体（semiconductor）． 半导体五大特性∶电阻率特性，导电 特性，光电特性，负的电阻率温度特 性，整流特性。


IC芯片剖面图（多层）
PA SION PA OX
图: 一个CMOS器件的剖面示意图。
AL Pad
Global
MT VIA
M2 V1 M1
Intermediate
IMD2
IMD 1
Litho Key layers: Local STI、 POLY、C.H.、M1
(‘’Nano’’ realm)