芯片制备中的光刻技术

芯片制备中的光刻技术广东工业大学机电工程学院魏昕集成电路的集成度和产品性能每18个月增加一倍。据专家预测,今后20年左右,集成电路技术及其产品仍将遵循这一规律发展。以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。经济发展的数据表明,每l2元的集成电路产值,带动了10元左右电子工业产值的形成,进而带动了100元GDP的增长。我国集成电路设计与制造水平20世纪80年代中期我国集成电路的加工水平为5m，其后，经历了3、1、0.8、0.5、0.35m的发展。目前达到了0.18m的水平。当前国际水平为0.09m（90nm）。我国与之相差约为2-3代。

集成电路设计与制造的主要流程框架设计芯片检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求主要流程为薄膜制备、光刻和刻蚀—制造业—芯片制造过程

由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层曝光刻蚀硅片测试和封装用掩膜版重复20-30次集成电路芯片的显微照片Vsspoly栅Vdd布线通道参考孔有源区N+P+集成电路的内部单元(俯视图)集成电路制造工艺图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上掺杂：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、接触等制膜：制作各种材料的薄膜图形转换：光刻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图形转换：光刻

在主流微电子制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺。圆片光学曝光简单系统：顶上的光源发出通过掩膜的光。圆片表面涂上一薄光刻胶（光敏材料）。光学光刻分两部分：曝光工具在圆片表面产生掩膜图形；化学过程——一旦辐照的图形被光刻胶吸收和图形被显影时。曝光光源（工具）：可见光、紫外光（UV）、深紫外光（DUV)或极紫外光（EUV）图形转换：光刻简单的光学曝光系统光源光阑快门掩膜光刻胶图片波长越短，可曝光特征尺寸越小图形转换：光刻光刻三要素：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、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。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。正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶。负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条。分辨率——可以曝光出来的最小特征尺寸正胶：曝光后可溶负胶：曝光后不可溶图形转换：光刻几种常见的光刻方法接触式光刻：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刻胶膜的损伤。接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(10～25m)，可以大大减小掩膜版的损伤。分辨率较低。投影式曝光：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，目前工业应用最多。间隙投影式接近式接触式三种光刻方式图形转换：光刻超细线条光刻技术甚远紫外线(EUV：13－14nm)所有材料对EUV波段的光波有很强的吸收性。为了减少对EUV的吸收，在EUV光学体统的路上必须维持真空环境。可实现22nm的工艺结点的光刻，经改进，可实现10nm得图形光刻。X射线（110KeV的光子。接近式。分辨率：30nm左右）电子束光刻（直接写。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穿透，工作效率低。）离子束光刻（直接写或投影。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、损伤小和产量高、成本等。）图形转换：刻蚀技术湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法。干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)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。图形转换：刻蚀技术湿法腐蚀：湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差干法刻蚀溅射与离子束铣蚀：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，但选择性较差等离子刻蚀(PlasmaEtching)：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(ReactiveIonEtching