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半导体光刻工艺技术基础 芯硕半导体(中国)有限公司,做世界一流产品 创世界一流品牌,Contents,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。 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。 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。,IC芯片剖面图（多层）,Local (Nano realm),Intermediate,Global,Litho Key layers: STI、 POLY、C.H.、M1,图: 一个CMOS器件的剖面示意图。,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。,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。,光刻设备在IC制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介,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。,黃光,薄膜,刻蚀,植入,光阻去除,流程,说明,图释,薄膜(Thin_film) 1.化学气相沉积(CVD) 2.金屬溅镀(PVD) 3.扩散(Diffusion),黃光(PHOTO) 1.光罩(MASK) 2.光阻(Coater) 3.曝光(Exposure) 4.显影(Development),刻蚀(ETCH) 1.湿蚀刻(Wet-ETCH) 2.干蚀刻(DRY-ETCH),光阻去除(PR remove) 将光阻去除后就是我們所需的 图形(PATTERN),FILM Wafer,Wafer,FILM Wafer,光阻 FILM Wafer,光阻 FILM Wafer,光罩,光刻设备在IC制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介,2545次litho 65nm,45层,光刻决定CD,光刻设备在IC制造中的作用,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。,三、光刻的工艺流程,光刻工艺 光刻关键参数,光刻工艺,Standard Litho Process Wafer Flow ( 1 ),光刻工艺流程,Standard Litho Process Wafer Flow ( 2 ),PR Developing 52s Puddle ,45s Rinse,Hard Bake 110 C 60 S,Cooling 23 C,Si Base,IMD Film,Si Base,IMD Film,Cu,Cu,IMD 1,Si Base,IMD2,PR,PR,OVL Measurement,ADI inspection,光刻工艺流程,请大家思考两个问题： 国贸高楼，建筑师建造之的难度和关键点； 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？,光刻关键参数,Answer： 国贸高楼 对准和线宽控制； 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？,光刻关键参数,For design rule: Resolution Light Source Depth of Focus(DOF) Linearity Line-edge Roughness CD Uniformity Overlay Aspect Ratio Resist film loss CD uniformity Etch Selectivity,Micro-lithography Key parameter,PR,SiON,FSG,L,S,Pitch = L + S,Litho Equipment,SiN,Litho Chemistry,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.,光刻关键参数,Overlay,光刻关键参数,Two Criterions: CD v.s. Overlay,光刻关键参数,四、光刻胶,光刻胶的组分 光刻胶的种类 光刻胶特性概要,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,光刻胶的种类,光刻胶的种类,光刻胶的种类,光刻胶的种类,光刻胶特性概要,五、光刻机,概述 接近式光刻机 接触式光刻机 步进式光刻机 扫描式光刻机 相关光学专题,概述,接触式光刻机,接近式光刻机,步进式光刻机,相关光学专题,相关光学专题,相关光学专题,相关光学专题,相关光学专题,相关