光刻技术

Harbin Institute of Technology

精密和超精密加工技术论文

论文名称： 光刻技术及其应用 课程名称： 精密和超精密加工技术 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1208104 姓 名： 孙文熙 学 号： 1120810404

哈尔滨工业大学

光刻技术及其应用

摘要：集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的 工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工技术。本文就光刻技术的概念和工艺过程进行介绍，并对其发展与应用进行展望。

关键字：光刻技术，工艺流程，步骤，应用。

一、光刻技术的概念

光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基

● 最困难的部分——“真正的”半导体工艺 一颗CPU/GPU的基本制造流程

晶圆生产线（图片源自ZDNet）

在不考虑多次掺杂顺序、栅极形成于热处理前还是热处理后以及CMP（化学机械研磨）等细节性问题的前提下，半导体的制作流程大体上可以被概括为这样一个链条：单晶硅锭生长—wafer切割—覆胶—光刻—清洗—蚀刻—清洗—覆胶—光刻—清洗—多次掺杂—多次沉积—芯片切割—封测。

半导体制造过程实际上是一个“自下而上”进行的二维单向过程，人们通过蚀刻形成沟道，透过掺杂形成栅极，经由沉积敷设导线，因为每个过程都需要破坏或者改变一部分wafer表面区域的结构，而且这种破坏和改变都是不可逆的，如果提前破坏了后续步骤需要加工的区域，整个芯片将无法完成。所以半导体芯片的制造必须而且只能按照设计好的顺序，从最底层向上逐级进行这一系列的破坏和改变。这样的特点，造就了以“覆胶遮盖—光刻—清洗暴露—区域处理”为核心半导体芯片制造的独特过程。

简单的芯片制造工艺流程（Intel提供）

对芯片的加工起点是从最基本的沟道形成开始的，在长成单晶硅锭并切割好wafer之后，我们首先要在wafer表面敷上一层对特定波长光线非常敏感的溶胶。接下来，我们会用事先标记好需

● 最困难的部分——“真正的”半导体工艺 一颗CPU/GPU的基本制造流程

晶圆生产线（图片源自ZDNet）

在不考虑多次掺杂顺序、栅极形成于热处理前还是热处理后以及CMP（化学机械研磨）等细节性问题的前提下，半导体的制作流程大体上可以被概括为这样一个链条：单晶硅锭生长—wafer切割—覆胶—光刻—清洗—蚀刻—清洗—覆胶—光刻—清洗—多次掺杂—多次沉积—芯片切割—封测。

半导体制造过程实际上是一个“自下而上”进行的二维单向过程，人们通过蚀刻形成沟道，透过掺杂形成栅极，经由沉积敷设导线，因为每个过程都需要破坏或者改变一部分wafer表面区域的结构，而且这种破坏和改变都是不可逆的，如果提前破坏了后续步骤需要加工的区域，整个芯片将无法完成。所以半导体芯片的制造必须而且只能按照设计好的顺序，从最底层向上逐级进行这一系列的破坏和改变。这样的特点，造就了以“覆胶遮盖—光刻—清洗暴露—区域处理”为核心半导体芯片制造的独特过程。

简单的芯片制造工艺流程（Intel提供）

对芯片的加工起点是从最基本的沟道形成开始的，在长成单晶硅锭并切割好wafer之后，我们首先要在wafer表面敷上一层对特定波长光线非常敏感的溶胶。接下来，我们会用事先标记好需

光刻工艺流程图

步骤 １、前处理 ２、匀胶 ３、前烘 4、光刻 5、显影 6、坚膜 7、腐蚀 8、去胶 一前处理（OAP）

通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份，以增强光刻胶与硅片的粘附性。（亲水表面与光刻胶的粘附性差，SI的亲水性最小，其次SIO2，最后PSI玻璃和BSI玻璃） OAP的主要成分为六甲基二硅烷，在提升光刻胶的粘附性工艺中，它起到的作用不是增粘剂，而是改变SiO2的界面结构，变亲水表面为疏水表面。OAP通常采用蒸汽涂布的方式，简单评

价粘附性的好坏，可在前处理过的硅片上滴一滴水，通过测量水与硅片的接触角，角度越大，粘附性越好，说明疏水性越强。 接触角 水 SI

二、匀胶

光刻胶通常采用旋涂方式，在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。影响胶厚的最主要因素：光刻胶的粘度及旋转速度。次要因素：排风；回吸；胶泵压力；胶盘；温度。

胶厚的简单算法：光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速 例如：光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分，那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为 12 *3000/1.152 三、前烘

前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂，消除胶

光刻实验

一．实验目的

了解光刻在集成电路工艺中的作用，熟悉光刻工艺的步骤和操作。

二．实验原理

光刻是一种复印图象与化学腐蚀相结合的综合性技术，它先采用照像复印的方法，将光刻掩模板上的图形精确地复制在涂有光致抗蚀剂的SiO2层或金属蒸发层上，在适当波长光的照射下，光致抗证剂发生变化，从而提高了强度，不溶于某些有机溶剂中，未受光照射的部分光致抗蚀剂不发生变化，很容易被某些有机溶剂溶解。然后利用光致抗蚀剂的保护作用，对SiO2层或金属蒸发层进行选择性化学腐蚀，从而在SiO2层或金属层上得到与光刻掩模板相对应的图形。

在SiO2衬底上涂覆光刻胶

将掩模板覆盖在光刻胶上在紫外光下曝光 （一）光刻原理图

显影后经腐蚀得到光刻窗口 晶片表面必须有如照相底片般的物质存在，属于可感光的胶质化合物（光刻胶），经与光线作用和化学作用方式处理后，即可将掩膜版上的图形一五一十地转移到晶片上。因此在光刻成像工艺上，掩膜版、光刻胶、光刻胶涂布显影设备及对准曝光光学系统等，皆为必备的条件。

三、实验药品及设备

化学药品：光刻胶（正胶）、显影液：5‰ 氢氧化钠溶液、甲醇、蒸馏水、丙酮； 实验仪器：匀胶台、烘胶台、光刻机、真空泵、气泵

四．实验步

发展

进入90年代后， 随着微电子信息技术的发展，微电子信息产业愈来愈受到人们的重视， 发展速度之快，几乎超过人们的预料。与其相配套的世界电子化学品平均年增长率也保持在8％以上，是传统化工行业中发展最快的部门之一。预计到2005年，世界电子化学品的市场规模特超过300亿美元。

我国目前生产的电子化学产品，其中比较重要的两大类的发展现状如下：集成电路用电子化学品 它包括四类关键产品：一是超净高纯试剂，BV-皿级试剂已达到国外Semi-c7质量标准，适合于0.8u-1.2um工艺，已形成500吨／年规模的生产能力，MOS级试剂已开发生产出20多个品种，年产量超过4000吨；二是光刻胶，目前我国每年生产100吨左右，其中紫外线负胶已国产化，紫外线正胶可满足2um的工艺要求，电子束胶可提供少量产品，三是特种电子气体，目前少量由国内生产，有30多个品种主要由美国、法国和日本等国家的公司提供；四是环氧模塑料，目前国内已有3000吨/年的生产能力，可满足0.8um工艺要求，现在正在研制0.35um工艺要求的封装材料。

在全球产业界开始大规模向大陆转移产品生产基地的趋势下，在国内业界开始加大对平面显示器领域产品的投资中，发挥已有的优势，沿着产品的产业链上下、左右寻

现代集成电路制造工艺原理

第七章 光刻

Photolithography

现代集成电路制造工艺原理

光刻是IC制造业中最为重要的一道工艺, 占据了芯片制造中大约一半的步骤.光刻 占所有成本的35%通常可用光刻次数及所需掩模的个数来表示某生产 工艺的难易程度。 一个典型的硅集成电路工艺包括15-20块掩膜版

现代集成电路制造工艺原理

集成电路的特征尺寸是否能够进一步 减小，也与光刻技术的进一步发展有密切的 关系。 通常人们用特征尺寸来评价一个集成 电路生产线的技术水平。所谓特征尺寸(CD:characteristic dimension) 是指设计的多晶硅栅长，它标志了器件工艺的总 体水平，是设计规则的主要部分。通常我们所说的0.13 m,0.09 m工艺就是 指的光刻技术所能达到最小线条的工艺。3

现代集成电路制造工艺原理

光刻的定义光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精 密表面加工技术。用照相复印的方法将掩模 版上的图案转移到硅片表面的光刻胶上，以 。 实现后续的有选择刻蚀或注入掺杂光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，把掩模版 上的图形转换成晶圆上的器件结构,从而实现选择性扩 散和金属薄膜布线的目的。

现代集成

光刻胶RZJ-307资料

SUZOU HURIOHGN OC.L,D.TPosiitev Phtorosest iRJZ307 -TDS苏州红瑞电子化学品有公司限苏瑞红电子州化学品限公有司

光刻胶RZJ-307资料

SUZOH URIUHNOG OC,.TL.D1、概述 RZJ-30是适用7于作大制模规集成路电高的性g能-ilen正

性刻胶。光 既可以用g于l-iens eptpe曝光、r可以用也于触式曝接光 该。光胶具有较刻大工的艺窗，口适合的光感灵度、分敏率、耐辨法干蚀刻力能，综合能佳。性 光本胶使刻安用全溶剂丙二醇甲单醋醚酯酸(PGMAE)制，配人对无体害毒。苏州瑞红子电化学品有限司公

光刻胶RZJ-307资料

USZHU OUIRONH GCO,.TD.L2规、产格品规格度粘体固含量分水离子微粒氯浓度子属金子离Na K、、e膜F厚度 25℃感mp,as m.m,%/m m/%, pmp≥ 05μm.,个ml/ pb nmp% 30p30±2.0 c280±1..≤05. 3≤.5≤ 002 50≤基值准25±准基±值.5

00c5p15±20 .310±..1≤5 .3≤ 50. 0≤ 0

IC制备中光刻制版技术及原理

姓名：黄武 20114912 班级：电子信息特色实验班 指导老师：张玲

1制版概述

信息产业是国民经济的先导产业，微电子技术更是信息产业的核心。由1906年的电子管开始，到1956年硅台面晶体管问世，再到1960年世界第一块硅集成电路制作成功，此后集成电路的发展一发不可收拾，小规模集成电路（SSI）中规模集成电路(MSI)，大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路(VLSI)，甚大，巨大规模集成电路(ULSI,GLSI)。这几十年以来集成电路的发展趋势是尺寸越来越小，速度越来越快，电路规模越来越大，功能越来越强，衬底硅片尺寸越来越大。这些都是大规模与超大规模集成电路的小型化、高速、低成本、高效率生产等特点所带来的结果。集成电路在近年也已广泛应用于家用电器，汽车配件，航天航空，军事武器制导等等。为了达到集成电路的量产以减小成本，IC制版技术就显得十分重要了。

1.1制版的意义

制版就是制作光刻的掩膜版。平面管、集成电路和采用平面工艺的其他半导体器件，都要用光刻技术来进行定域扩扩散与沉积，以获得一定形状的二极管、三极管和一定数值的电感、电容。掩膜版在光刻过程中相当于印刷中的模板，它可以重复不断的协助我们将所

教学内容及教学过程】

7.1 概述

图7-1 半导体制造工艺流程

7.1.1 光刻的概念

光刻处于晶圆加工过程的中心，一般被认为是集成电路（IC）制造中最关键的步骤，需要高性能以便结合其他工艺获得高成品率。

图7-2 光刻的基本原理图

7.1.2 光刻的目的

光刻实际是图形的转移，把掩膜版上的图形转移到晶圆的表面。

7.1.3 光刻的主要参数

在光刻工艺中，主要的参数有特征尺寸、分辨率、套准精度和工艺宽容度等。

1.特征尺寸

2.分辨率

图7-3 焦深的示意图

3.套准精度

4.

工艺宽容度

7.1.4 光刻的曝光光谱

曝光光源的能量要能激活光刻胶，并将图形从掩膜版中转移到晶圆表面。由于光刻胶材料与紫外光所对应的特定波长的光发生反应，因此目前紫外光一直是形成光刻图形常用的能

量源。

表7-1 常用的曝光光源以及光源波长与特征尺寸的关系

7.1

7.1.5 光刻的环境条件

在晶圆的批量生产中，光刻机对环境的要求非常苛刻，特别是现在的深亚微米尺寸的生产线。微小的环境变化就可能导致器件的各种缺陷。光刻设备有一个要求非常严格的密封室控制各种条件，例如温度、振动、颗粒沾污和大气压力等。

1.温度

2.振动

3.颗粒沾污

4.大气压力

7.1.6 掩膜版

掩膜版是晶圆生产过程中非常重要的一部分。比较常用的是掩