半導(dǎo)體器件-半導(dǎo)體工藝介紹光刻

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1、半導(dǎo)體工藝簡介物理與光電工程學(xué)院張賀秋參考書：《芯片制造－半導(dǎo)體工藝制程實(shí)用教程》，電子工業(yè)出版社，趙樹武等譯，2004-10圖形化工藝圖形化工藝——目的1、了解各個(gè)光刻工藝步驟的作用。2、畫出各個(gè)光刻工藝步驟后晶圓的截面圖。3、解釋正膠和負(fù)膠對(duì)光的反應(yīng)。4、解釋在晶圓表面建立空洞和島區(qū)所需要的正確光刻膠和掩膜板的極性。圖形化工藝——光刻圖形化工藝是半導(dǎo)體工藝過程中最重要的工序之一。圖形化工藝包括光刻、光掩膜、掩膜、去除氧化膜、去除金屬膜和微光刻。這個(gè)工藝的目標(biāo)有兩個(gè)：1、在晶圓中和表面上形成圖形，圖形的尺寸在集成電路或器件的

2、設(shè)計(jì)階段形成；2、將電路圖形精確的定位在晶圓的表面。光刻是一種復(fù)印圖形與化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它將光刻版上的圖形精確地復(fù)印在涂有感光膠的基片上。然后利用光刻膠的保護(hù)作用，對(duì)基片進(jìn)行選擇性腐蝕，從而在基片上得到與光刻版相應(yīng)的圖樣。1、基片前處理2、涂膠3、前烘-軟烘焙4、對(duì)準(zhǔn)-曝光5、顯影-清洗6、后烘(堅(jiān)膜、硬烘焙)7、腐蝕-刻蝕8、去除光刻膠光刻步驟：以SiO2做掩膜為例1、去油：甲苯、丙酮、乙醇依次超聲5-10min，去離子水沖洗10遍以上。脫水烘焙2、涂膠：旋轉(zhuǎn)式、蒸氣式、浸涂光刻膠又稱感光膠，一般由感光劑、增感劑

3、和溶劑所組成；感光劑是一種對(duì)光特別敏感的高分子化合物，當(dāng)它受到適當(dāng)波長的光照射時(shí)，能吸收一定的光能量，使之發(fā)生交聯(lián)、聚合或分解等光化學(xué)反應(yīng)，使光刻膠改變性能。膠膜均勻，達(dá)到預(yù)定的厚度，無灰塵等。正膠負(fù)膠光刻掩膜板透光區(qū)域不透光區(qū)域島空洞光刻掩膜版http://www.sicsis.com/te_product_d/2007-11-30/5.chtml常用的是旋轉(zhuǎn)法，它又分為旋轉(zhuǎn)板式和自轉(zhuǎn)式膠膜的厚度由轉(zhuǎn)速和膠的濃度來調(diào)解。旋轉(zhuǎn)板式涂膠法的缺點(diǎn)是膠膜厚度不夠均勻，多余的膠飛濺易沾污襯底。采用自轉(zhuǎn)式涂膠法能較好地克服上述缺點(diǎn)。自旋

4、式涂膠方式中根據(jù)噴膠的方式不同，又可分為三種模式。1.靜態(tài)涂膠：將晶圓吸附在針孔吸盤上，在不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，滴膠，光刻膠自然散開滿晶圓，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)獲得均勻的光刻膠膜。2.動(dòng)態(tài)噴灑：晶圓在500r/min的轉(zhuǎn)速下，光刻膠被噴灑在晶圓表面。低速旋轉(zhuǎn)是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散。之后，高速旋轉(zhuǎn)得到均勻的光刻膠膜。3.移動(dòng)手臂噴灑：動(dòng)態(tài)噴灑噴膠時(shí)，噴灑手臂從晶圓中心向晶圓邊緣移動(dòng)，特別適合大直徑晶圓。高速旋轉(zhuǎn)可以使光刻膠在晶圓邊緣堆積，稱為邊緣珠?？梢圆捎萌軇┲苯訃姙⒃诰A邊緣和背面的邊緣附近直接去除。3、前烘—軟烘焙前烘就是將涂好膠的樣品進(jìn)行

5、加熱處理。前烘的目的是促使膠膜體內(nèi)的溶劑部分揮發(fā)，使膠膜干燥，以增加膠膜與襯底的粘附性和膠膜的耐磨性。在曝光對(duì)準(zhǔn)時(shí)，膠膜與掩膜版不易擦傷、磨損和沾污，同時(shí)，只有在膠膜干燥后曝光，化學(xué)反應(yīng)才能充分進(jìn)行。前烘的方法有兩種：一種是在60～100℃恒溫干燥箱中烘十至十五分鐘，具體條件還要視膠的種類和性質(zhì)而定；第二種是用紅外燈烘焙，即把襯底放在干凈的容器中，然后用紅外燈從容器底照射幾分鐘。此法的優(yōu)點(diǎn)是膠膜的干燥從金屬膜與膠的交界面開始，溶劑逐漸從內(nèi)部向表面揮發(fā)，干燥效果較好而且烘焙時(shí)間短。影響前烘效果的主要因素是溫度和時(shí)間。烘焙不足時(shí)（

6、溫度太低或時(shí)間太短），在膠膜與底片交界面處，膠中的溶劑未充分揮發(fā)掉，在曝光時(shí)就會(huì)阻礙抗蝕劑中分子的鉸鏈，在顯影時(shí)一部分膠被溶除，形成浮膠或圖形變形。烘焙過頭時(shí)（溫度太高或時(shí)間太長），會(huì)導(dǎo)致膠膜翹曲硬化，形成不易溶于顯影液中的薄膜而留下來，顯影不干凈或膠面發(fā)皺、發(fā)黑，失去抗蝕能力。4、曝光曝光是指用汞燈紫外光對(duì)已涂敷光刻膠膜的底片進(jìn)行選擇性曝光。經(jīng)過光照的膠膜發(fā)生光化學(xué)反映，改變了這部分膠膜在顯影液中的溶解度；顯影后，光刻膠膜就呈現(xiàn)出與掩膜板相對(duì)應(yīng)的圖形?？刹捎玫钠毓獾姆椒òǎ航佑|曝光法、投影曝光法、電子束曝光法、離子束曝光法

7、和X射線曝光法等；曝光時(shí)間過短，膠感光不足，光刻膠的光化學(xué)反映不充分，光刻膠的抗蝕性能就會(huì)降低，顯影時(shí)部分膠會(huì)溶解；曝光時(shí)間過長，會(huì)使光刻膠不感光部分的邊緣微弱感光，產(chǎn)生“光暈”現(xiàn)象，腐蝕后邊界模糊或出現(xiàn)皺紋，使分辯率降低。1.圖形必須嚴(yán)格套準(zhǔn)；2.膠膜表面與光刻版必須貼緊，若存在空隙，不應(yīng)該照到光的地方也會(huì)受到光的照射，使圖形產(chǎn)生畸變。5、顯影將曝光后的底片放入用有機(jī)溶劑配制的顯影液中，使未感光（或感光）部分的光刻膠溶掉，留下感光（或未感光）部分的膠膜，從而顯現(xiàn)出我們所需要的圖形稱為顯影。若顯影時(shí)間不足，會(huì)使顯影不干凈，應(yīng)該

8、去除光刻膠的地方還會(huì)留下一薄層底膜，在以后的工序中會(huì)造成一定的影響如邊緣毛刺、圖形模糊等；若顯影時(shí)間過長，由于顯影時(shí)光刻膠發(fā)生軟化、膨脹，顯影液將從底片表面向圖形邊緣滲入，發(fā)生鉆溶，使圖形邊緣變壞，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)浮膠現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至大片剝落形成脫膠。6、堅(jiān)膜（后烘、硬烘焙）堅(jiān)膜就