半导体激光器光刻工艺-Read
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺介绍
半导体光刻工艺是半导体制造中最为重要的工序之一。
主要作用是将图形信息从掩模版（也称掩膜版）上保真传输、转印到半导体材料衬底上。
以下是光刻工艺的主要步骤：
硅片清洗烘干：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～250℃,1～2分钟，氮气保护）。
涂底：气相成底膜的热板涂底。
旋转涂胶：静态涂胶（Static）。
软烘：真空热板，85～120℃,30～60秒。
对准并曝光：光刻机通常采用步进式 (Stepper)或扫描式 (Scanner)等，通过近紫外光 (Near Ultra-Violet，NUV)、中紫外光 (Mid UV，MUV)、深紫外光(Deep UV，DUV)、真空紫外光 (Vacuum UV，VUV)、极短紫外光 (Extreme UV，EUV)、X-光 (X-Ray)等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。
后烘：PEB，Post Exposure Baking。
显影：Development。
硬烘：Hard Baking。
光刻工艺的基本原理是利用涂敷在衬底表面的光刻胶的光化学反应作用，记录掩模版上的器件图形，从而实现将集成器件图形从设计转印到衬底的目的。
半导体光刻工艺
半导体光刻工艺
半导体光刻工艺是一种重要的微电子制造工艺，它的主要目的是制作集成电路中的光刻图形，即光刻光源通过光掩模将光线投射到半导体衬底上，通过光化学或物理反应制造出微小结构。
这个工艺需要高度精确的设备和技术来确保制造出高质量的光刻图形。
半导体光刻工艺包括以下步骤：光掩模的制备、感光胶的涂覆、曝光、显影、清洗等。
在这个过程中，光掩模的质量、感光胶的粘附性、光源的波长等都是非常关键的因素。
随着半导体制造技术的不断进步，光刻工艺也不断发展，现在已经发展出了极紫外光刻技术和多层光刻等高级工艺，大大提高了微处理器的集成度和性能。
半导体激光器工艺
半导体激光器工艺半导体激光器工艺：发展、应用与挑战一、半导体激光器简介半导体激光器，也称为二极管激光器，是一种基于半导体材料激发特定波长光子的光电子器件。
自1960年代问世以来，半导体激光器以其高效、小型、灵活的特性在众多领域取得了广泛应用。
这些领域包括通信、显示、消费电子、生物医疗等。
二、制作材料与器件结构半导体激光器的制作材料主要包括三五族化合物，如GaAs（砷化镓）、InGaN（氮化铟镓）等。
这些材料具有直接带隙结构，便于实现高效的载流子注入和辐射复合。
器件结构方面，半导体激光器通常采用二极管结构，由两个端面反射镜和一个有源区组成。
有源区通常包含一个或多个量子阱，用于提供载流子并产生光子。
反射镜则用于形成共振腔，确保光子能在其中反复振荡并最终从输出端释放。
三、制造工艺流程半导体激光器的制造工艺流程包括以下几个阶段：1. 材料生长：通过液相外延、分子束外延等手段生长高质量的半导体材料；2. 制程工艺：在生长好的半导体材料上刻蚀微结构、镀膜等，以实现器件的特定功能；3. 测试与评估：对制作好的半导体激光器进行电学、光学性能的测试与评估，筛选合格的产品。
四、技术原理和特点半导体激光器的工作原理基于PN结的注入锁定效应。
当电流通过PN 结时，载流子从P区注入N区，通过外部反馈系统形成正反馈，使电流进一步增加。
当电流超过阈值时，载流子在PN结处产生光子，形成激光输出。
与其他类型激光器如气体激光器、光盘激光器相比，半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、速度快等优点。
同时，由于其直接输出光的特性，半导体激光器还具有无需光学系统进行转换或放大等优势。
五、应用领域和案例分析半导体激光器的应用领域非常广泛。
在通信领域，半导体激光器被用于光纤通信中，作为泵浦源或信号源。
在显示领域，半导体激光器可以用于制造高亮度、高分辨率的显示器。
在消费电子领域，半导体激光器被用于CD、DVD等光盘驱动器和激光打印机等设备。
以光纤通信为例，半导体激光器作为泵浦源，能够将能量转化为光能，并通过光纤传输到远端。
半导体光刻工艺技术基础
Litho Equipment Litho Chemistry
Pitch = L + S
LS
PR
SiON
FSG
SiN
光刻关键参数
CD 〔Critical Dimension〕: Line Width,Space Width or Hole Diameter of specified designed pattern to monitor photo process condition and resolution capability.
IMD Film
Si Base
PR Developing 52s Puddle ,45s Rinse
IMD Film
Si Base
ADI inspection
Ion Plasma
+++++++
e-
e-
e-
e-
IMD
e-
Si Base
Etching
IMD Film
Si Base
Hard Bake 110 ºC 60 S
Overlay
光刻关键参数
光刻关键参数
Two Criterions: CD v.s. Overlay
1. 光刻胶的组分 2. 光刻胶的种类 3. 光刻胶特性概要
四、光刻胶
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的组分
光刻胶的种类
光刻胶的种类
光刻胶的种类
光刻胶的种类
半导体光刻工艺流程
半导体光刻工艺流程
半导体光刻是制造半导体元件的关键步骤之一，其工艺流程大致包括：
1. 硅片准备：将硅片清洗干净并进行表面平整化处理。
2. 底片涂覆：将涂覆剂涂覆在硅片上，使其形成一层平整的覆盖层。
3. 硬化：将底片经过紫外光或热处理硬化，使其形成固定的图案形状。
4. 掩膜对准：将掩膜对准底片，以保证图案的精度和准确性。
5. 曝光：将底片暴露在紫外光下，使得未被硬化的部分被光化学反应所影响，形成表面的图案。
6. 显影：将底片进行显影处理，将未受光化学反应影响的部分去除，形成所需的图案形状。
7. 洗涤：将底片进行洗涤处理，将化学物质清洗干净，以保证元件的纯度和质量。
8. 检验与测试：对半导体元件进行检验测试，以保证其符合设计和性能要求。
整个工艺流程需要精密的仪器设备和复杂的程序控制，以确保半导体元件的高质量制造。
半导体激光器生产工艺
半导体激光器生产工艺
半导体激光器是一种利用半导体材料产生激光放大的器件。
这种器件广泛应用于通讯、医疗、制造等领域。
在生产半导体激光器时，通常要经过以下几个步骤：
1. 材料生长
半导体激光器的材料通常使用InP或GaAs等半导体材料。
在生产过程中，首先要对这些材料进行生长。
生长方法包括气相外延和分子束外延等。
2. 制备芯片
半导体激光器的核心是激光波导芯片。
一般来说，制备激光波导芯片需要进行光刻、蚀刻等工艺，在材料表面形成特定的结构和薄层。
这些结构和薄层的尺寸和位置都会影响激光器的性能。
3. 设计和制造器件
生产半导体激光器的过程中需要设计和制造器件。
这些器件包括激光二极管、反射镜、光栅等部分。
这些部分都需要高精度加工才能保证器件的稳定性和性能。
4. 装配
制造好各个器件之后，需要进行装配。
装配包括将芯片、反射镜等部分进行精确的对准和组装。
5. 测试和性能检测
生产出的半导体激光器需要进行测试和性能检测。
这些测试包括波长测试、输出功率测试、频率响应测试等。
只有通过严格的测试和性能检测，才能保证半导体激光器拥有稳定的性能和可靠的质量。
在半导体激光器的生产过程中，每一个步骤都需要经过精密的设计、制造和检测，才能保证最终产品的质量。
随着新材料、新工艺的不断研发，半导体激光器的生产技术也在不断提高，为各行各业带来更多的创新和应用。
半导体制造工艺第章光刻
半导体制造工艺第章光刻光刻是半导体制造工艺中的一个重要步骤。
在半导体芯片制造的过程中，需要将芯片图形化，将设计图案复制到硅片的表面上。
这个步骤就需要光刻技术。
光刻的定义和原理光刻是利用光学系统在硅片表面上生成不同图案的一项技术。
简单来说，就是将持有芯片光掩模的基片放在硅片表面上，并利用紫外线等光源使光掩模的芯片图形投影到硅片表面上，从而完成芯片的形状和结构。
光刻机的主要部分是光源、光学系统，以及涂层沉积和烘烤系统。
硅片表面被涂上光刻胶，并使用紫外线等光源使光刻胶暴露在某些角度上，使辐射透过掩模辐射到涂在硅片表面上的光刻胶。
被照射的部分得到曝光后，经过一定的处理，剩下的部分形成所需的芯片结构。
光刻胶会在这个过程中起到纹路转移的作用，是传统光防蚀工艺及化学机械平整（CMP）处理工艺的重要保护层。
光刻机的类型目前光刻机主要分为：接触式光刻机（Contact）、非接触式光刻机（Non-contact）以及半接触光刻机（Semi-contact）。
根据不同的光掩模和涂层材料，选择不同类型的光刻机可以实现不同的功能需求。
•接触式光刻机接触式光刻机是光刻机的最早类型，利用距离近到可以接触到硅片表面的光掩模，将所需芯片结构投影到硅片表面。
这种方式比较慢，且容易产生挂膜现象，造成芯片质量下降。
但是设计和制造成本相对较低，因此在一些低端应用场景中还在使用。
•非接触式光刻机非接触式光刻机则是直接将掩模和硅片分开一定的距离，利用掩模上的光结构将所需图案投影到硅片表面。
这种光刻机的缺点就是昂贵和对粘附的材料要求更高。
因此，非接触式光刻机主要应用于高端芯片制造行业。
•半接触光刻机半接触光刻机则是将掩模和硅片之间留出一定的距离，既能够保证光防蚀层的不变性，又能够在一些场景下提升芯片制造的速度。
光刻胶的选择与性能光刻胶的选择与性能直接关系到芯片的最终质量。
不同的光刻胶材料对于不同的工艺流程具有不同的优势和劣势。
•碳链长度不同的光刻胶中含有的碳链长度不同，碳链长度决定了光刻胶对于制造工艺中反后效应的抑制效果。
半导体工艺(第7章)光刻
90
否
一般
单片
90
否
差（一般） 单片
60
否
电子束辐照
目的：
具有一定能量的电子与抗蚀剂相互作用， 使照射区抗蚀剂发生变化。
显影和坚膜
显影：
将照射后的掩膜基片用适当的溶剂浸渍或 喷淋，使抗蚀膜上下不需要的区域溶解掉， 从而获得抗蚀膜图形；
显影剂和显影条件要根据抗蚀剂的种类、 照射条件等来选择；
分辨率：所能加工的最小线宽；线宽越小， 分辨率越高；
高灵敏度
灵敏度是指光刻速度。为了提高产量，要 求曝光所需要的时间越短越好；
精密的套刻对准
一块集成电路制作需要十多次甚至几十次 光刻，每次光刻都要互相套准；
大尺寸硅片的加工
低缺陷
集成电路加工过程中，往往会产生一些缺 陷，即使这些缺陷尺寸小于图形的线条宽 度，也会使集成电路失效；
成分功能聚合物当被对准机光源曝光时聚合物结构由可溶变成聚合或反之溶剂稀化光刻胶通过旋转形成薄膜感光剂在曝光过程中控制和或调节光刻胶的化学反应添加剂各种添加的化学成分实现工艺效果例如染色掩膜版制版方式光学制版?光学制版中普遍采用的感光底板是超微粒干版又叫乳胶版
学习情景五： 图形加工
学习子情景一： 光刻
烘焙时间15~30min左右；温度85~105℃ 下表总结了不同的烘焙方式：
方法
烘焙时间（分钟） 温度控制 生产率
速度
排队
类型
Waf/Hr
热板
5~15
对流烘箱
30
真空烘箱
30
移动带式红外烘箱
5~7
导热移动带
5~7
微波
0.25
好
单片（小批量） 60
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半导体激光器光刻工艺
半导体激光器光刻工艺
光刻工艺步骤 808 大功率激光器光刻流程 光刻质量要求
光刻工艺步骤
以正型光刻胶为例：
808 大功率激光器光刻工艺
台面） 二次光刻（腐蚀介质膜）
介质膜生长
808 大功率激光器光刻工艺
一次光刻
▪ 将外延层的帽层光刻腐蚀成条形，根据激光器功率不 同，所用光刻版的条宽和腔长不同。功率越大，条宽 越宽、腔长越长。
▪ 设计光刻版时，加入对版标记，可以加快对版速度、 保证套合准确。
光刻质量要求（光刻版保养）
▪ 光刻版不能有划痕和污物，光刻版的损伤会直接造 成图形的不完整、露光等，对片子成品率造成直接 影响。
▪ 保管时注意不要被划伤，每次对版前必须彻底清洗， 使用脱脂棉蘸少许洗涤液在去离子水下一边冲洗一 边轻轻顺线条擦拭版表面，最后用大量的去离子水 冲洗干净 。
光刻质量要求（前烘）
前烘使光刻胶固化，温度要适当，大约90~100度， 时间20分钟左右。
光刻质量要求（曝光）
▪ 曝光灯的光强会随着工作时间的延长而逐渐下降，应 定期监控光强密度。光强太弱，使曝光时间不充分， 在显影的时候容易留有底膜、线条边缘不齐整。光强 太强，显影速度太快，不容易控制图形。因此要通过 多次实验（曝光和显影），确定合适的曝光时间。
▪ 曝光能量=光强密度X 曝光时间
光刻质量要求（显影）
▪ 显影时间要适当，时间长了，会造成过显影，线条宽度变窄、边 缘坡度大、不整齐，腐蚀时容易钻蚀；显影时间短，容易显不干 净，留有底膜。
光刻质量要求
▪ 显影后一定要把残留显影液、光刻胶、底膜等漂洗干 净，否则腐蚀时会出现腐蚀深度不均匀。
▪ 采用等离子去胶机处理底膜，保证显影后没有被光刻 胶覆盖的区域表面干净。
在台面宽度之中。
光刻质量要求（去胶后处理）
▪ 去胶后也许仍有光刻胶底膜或胶粒，必须完全清除干净。如果一 次光刻后处理不到位，会使后面氧化层薄膜淀积附着性变差，会 造成解理时起皮，；如果二次光刻后处理不到位，会使后面P面 TiPtAu薄膜淀积附着性变差,同样会造成解理时起皮、欧姆接触电 阻变大。
▪ 使用等离子去胶必须通过实验控制好能量，否则会破坏外延材料 表面。
▪ 检查：显影后在显微镜下检查显影质量，除了检查上 述内容外，对于二次光刻氧化层还要看套刻是否准确， 否则漂掉光刻胶，重新涂胶光刻。
光刻质量要求（后烘）
后烘温度过高，会使胶变形、边缘不陡直，造成腐 蚀后线条宽度变窄、边缘不平直。
光刻质量要求（腐蚀）
▪ 腐蚀台面深度：器件类型不同，腐蚀深度要求不同。 ▪ 腐蚀氧化层：显微镜观察呈灰白色，条形边缘要平直，开孔条宽
光刻质量要求（对版）
一次光刻对版时要注意对准晶向，保证外延片的切边与掩 膜版上的竖线条垂直 ，即保证管芯解理时正好解理110自然解 理面。如果晶向未对准，会造成解理困难、无法形成很好的 谐振腔、管芯特性差。
光刻质量要求（对版）
▪ 二次光刻对版时要保证与一次光刻的图形套合准确， 保证氧化层覆盖好条形台面的边缘，以防电流从条 形下面流入，造成分流，使工作电流增加、可靠性 变差。
808 大功率激光器光刻工艺
二次光刻
▪ 将介质膜光刻腐蚀露出条形区，因此二次光刻版透光 面与一次光刻版正好相反。同时二次光刻版的条形区 （透光区）要比一次光刻时的条形略窄，要使氧化层 覆盖好条形台面的边缘，以防电流从条形下面流入， 造成分流，使工作电流增加、可靠性变差。
光刻质量要求（匀胶）
匀胶时避免灰尘、小颗粒进入胶层，否则会造成有杂质的区 域因没有胶膜保护而被腐蚀掉；如果正好发生在条形台面上，会 直接影响这部分管芯的特性参数。在湿度大的季节，为保证光刻 胶与基片附着牢固，有时将片子放入表面处理剂中浸泡以增加粘 附性能。