芯片制备中的光刻技术

1、 设计设计 芯片检测芯片检测 单晶、外单晶、外 延材料延材料 掩膜版掩膜版 芯片制芯片制 造过程造过程 封装封装测试测试 系统需求 系统需求 主要流程为薄膜制主要流程为薄膜制 备、光刻和刻蚀备、光刻和刻蚀 制造业制造业芯片制造过程芯片制造过程 由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新 的薄膜或膜层的薄膜或膜层 曝曝 光光 刻刻 蚀蚀 硅片硅片 测试和封装测试和封装 用掩膜版用掩膜版 重复重复 20-30次次 集成电路芯片的显微照片集成电路芯片的显微照片 图形转换：图形转换：将设计在掩膜版将设计在掩膜版(类似于照类似于照 相底片相底片)上的图形转移到半导体单晶片上上的

2、图形转移到半导体单晶片上 掺杂：掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺根据设计的需要，将各种杂质掺 杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 制膜：制膜：制作各种材料的薄膜制作各种材料的薄膜 电阻集成电路的制造工艺电阻集成电路的制造工艺利用光学光刻传递图形所需步骤利用光学光刻传递图形所需步骤 波长越短，可曝波长越短，可曝 光特征尺寸越小光特征尺寸越小 光刻三要素：光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶、掩膜版和光刻机 ?光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。基体树脂和有机溶剂等混合

3、而成的胶状液体。 ?光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其 化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶 液中的溶解特性改变。液中的溶解特性改变。 正胶：正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工分辨率高，在超大规模集成电路工 艺中，一般只采用正胶。艺中，一般只采用正胶。 负胶：负胶：分辨率差，适于加工线宽分辨率差，适于加工线宽3 m的线的线 条。条。 几种常见的光刻方法几种常见的光刻方法 ? 接触式光刻：接触式光刻：曝光时掩膜压在涂覆光刻胶的圆曝光时掩膜压在涂覆光刻胶的圆 片上。分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光片上。分辨率较高

4、，但是容易造成掩膜版和光 刻胶膜的损伤。刻胶膜的损伤。 ? 接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小在硅片和掩膜版之间有一个很小 的间隙的间隙(1025 m)，可以大大减小掩膜版的损，可以大大减小掩膜版的损 伤。分辨率较低。伤。分辨率较低。 ? 投影式曝光：投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的利用透镜或反射镜将掩膜版上的 图形投影到衬底上的曝光方法，目前工业应用图形投影到衬底上的曝光方法，目前工业应用 最多。最多。 间隙间隙 图形转换：光刻图形转换：光刻 超细线条光刻技术超细线条光刻技术 ? 甚远紫外线甚远紫外线( (EUVEUV：131314nm14nm) ) ? X X射线

5、射线（1 1 10KeV10KeV的光子。的光子。接近式。接近式。：） ?电子束光刻（电子束光刻（直接写。直接写。波长远小于光波波长，理论上可波长远小于光波波长，理论上可 得到尺寸很小的特征图形。但掩膜版必须足够后避免电子得到尺寸很小的特征图形。但掩膜版必须足够后避免电子 穿透，工作效率低。穿透，工作效率低。） ?离子束光刻（离子束光刻（直接写或投影。直接写或投影。穿透深度很小，掩膜版的穿透深度很小，掩膜版的 透明部分必须是空白。分辨率高、焦深长、衍射效应小、透明部分必须是空白。分辨率高、焦深长、衍射效应小、 损伤小和产量高、成本等。损伤小和产量高、成本等。） 图形转换：刻蚀技术图形转换：刻蚀

6、技术 湿法刻蚀：湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通利用液态化学试剂或溶液通 过化学反应进行刻蚀的方法。过化学反应进行刻蚀的方法。 干法刻蚀：干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的主要指利用低压放电产生的 等离子体中的离子或游离基等离子体中的离子或游离基( (处于激发态的分子、处于激发态的分子、 原子及各种原子基团等原子及各种原子基团等) )与材料发生化学反应或与材料发生化学反应或 通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。 图形转换：刻蚀技术图形转换：刻蚀技术 湿法腐蚀：湿法腐蚀： ?湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛 应用：磨片、抛

7、光、清洗、腐蚀应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀 ?优点是选择性好、重复性好、生产效率优点是选择性好、重复性好、生产效率 高、设备简单、成本低高、设备简单、成本低 ?缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差 干法刻蚀干法刻蚀 溅射与离子束铣蚀：溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物通过高能惰性气体离子的物 理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差 等离子刻蚀等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的利用放电产生的 游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻 蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差 反应离子刻蚀反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为，简称为 RIE)：通过活性离子对衬底的物理轰击和化通过活性离子对衬底的物理轰击和化 学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离学反应双重作