半导体器件半导体工艺介绍光刻

半导体工艺简介,物理与光电工程学院 张贺秋,参考书：芯片制造半导体工艺制程实用教程，电子工业出版社，赵树武等译，2004-10,图形化工艺,图形化工艺目的,1、了解各个光刻工艺步骤的作用。 2、画出各个光刻工艺步骤后晶圆的截面图。 3、解释正胶和负胶对光的反应。 4、解释在晶圆表面建立空洞和岛区所需要 的正确光刻胶和掩膜板的极性。,图形化工艺光刻,图形化工艺是半导体工艺过程中最重要的工序之一。图形化工艺包括光刻、光掩膜、掩膜、去除氧化膜、去除金属膜和微光刻。这个工艺的目标有两个：1、在晶圆中和表面上形成图形，图形的尺寸在集成电路或器件的设计阶段形成；2、将电路图形精确的定位在晶圆的表面。 光刻是一种复印图形与化学腐蚀相结合的综合性技术。它将光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的基片上。然后利用光刻胶的保护作用，对基片进行选择性腐蚀，从而在基片上得到与光刻版相应的图样。,1、基片前处理 2、涂胶 3、前烘-软烘焙 4、对准-曝光 5、显影-清洗 6、后烘(坚膜、硬烘焙) 7、腐蚀-刻蚀 8、去除光刻胶,光刻步骤：,以SiO2 做掩膜为例,1、去油：甲苯、丙酮、乙醇依次超声5-10min，去离子水冲洗10遍以上。 脱水烘焙,2、涂胶：旋转式、蒸气式、浸涂,光刻胶又称感光胶，一般由感光剂、增感剂和溶剂所组成；感光剂是一种对光特别敏感的高分子化合物，当它受到适当波长的光照射时，能吸收一定的光能量，使之发生交联、聚合或分解等光化学反应，使光刻胶改变性能。,胶膜均匀，达到预定的厚度，无灰尘等。,正胶,负胶,光刻掩膜板,透光区域,不透光区域,岛,空洞,光刻掩膜版 ,常用的是旋转法，它又分为旋转板式和自转式,胶膜的厚度由转速和胶的浓度来调解。旋转板式涂胶法的缺点是胶膜厚度不够均匀，多余的胶飞溅易沾污衬底。采用自转式涂胶法能较好地克服上述缺点。,自旋式涂胶方式中根据喷胶的方式不同，又可分为三种模式。1.静态涂胶：将晶圆吸附在针孔吸盘上，在不旋转的状态下，滴胶，光刻胶自然散开满晶圆，再经旋转获得均匀的光刻胶膜。2.动态喷洒：晶圆在500r/min的转速下，光刻胶被喷洒在晶圆表面。低速旋转是帮助光刻胶最初的扩散。之后，高速旋转得到均匀的光刻胶膜。3.移动手臂喷洒：动态喷洒喷胶时，喷洒手臂从晶圆中心向晶圆边缘移动，特别适合大直径晶圆。 高速旋转可以使光刻胶在晶圆边缘堆积，称为边缘珠。可以采用溶剂直接喷洒在晶圆边缘和背面的边缘附近直接去除。,3、前烘软烘焙,前烘就是将涂好胶的样品进行加热处理。前烘的目的是促使胶膜体内的溶剂部分挥发，使胶膜干燥，以增加胶膜与衬底的粘附性和胶膜的耐磨性。在曝光对准时，胶膜与掩膜版不易擦伤、磨损和沾污，同时，只有在胶膜干燥后曝光，化学反应才能充分进行。,前烘的方法有两种：一种是在60100恒温干燥箱中烘十至十五分钟，具体条件还要视胶的种类和性质而定；第二种是用红外灯烘焙，即把衬底放在干净的容器中，然后用红外灯从容器底照射几分钟。此法的优点是胶膜的干燥从金属膜与胶的交界面开始，溶剂逐渐从内部向表面挥发，干燥效果较好而且烘焙时间短。,影响前烘效果的主要因素是温度和时间。烘焙不足时（温度太低或时间太短），在胶膜与底片交界面处，胶中的溶剂未充分挥发掉，在曝光时就会阻碍抗蚀剂中分子的铰链，在显影时一部分胶被溶除，形成浮胶或图形变形。烘焙过头时（温度太高或时间太长），会导致胶膜翘曲硬化，形成不易溶于显影液中的薄膜而留下来，显影不干净或胶面发皱、发黑，失去抗蚀能力。,4、曝光,曝光是指用汞灯紫外光对已涂敷光刻胶膜的底片进行选择性曝光。经过光照的胶膜发生光化学反映，改变了这部分胶膜在显影液中的溶解度；显影后，光刻胶膜就呈现出与掩膜板相对应的图形。,可采用的曝光的方法包括：接触曝光法、投影曝光法、电子束曝光法、离子束曝光法和X射线曝光法等；,曝光时间过短，胶感光不足，光刻胶的光化学反映不充分，光刻胶的抗蚀性能就会降低，显影时部分胶会溶解；曝光时间过长，会使光刻胶不感光部分的边缘微弱感光，产生“光晕”现象，腐蚀后边界模糊或出现皱纹，使分辩率降低。,1. 图形必须严格套准； 2. 胶膜表面与光刻版必须贴紧，若存在空隙，不应该照到光的地方也会受到光的照射，使图形产生畸变。,5、显影,将曝光后的底片放入用有机溶剂配制的显影液中，使未感光（或感光）部分的光刻胶溶掉，留下感光（或未感光）部分的胶膜，从而显现出我们所需要的图形称为显影。,若显影时间不足，会使显影不干净，应该去除光刻胶的地方还会留下一薄层底膜，在以后的工序中会造成一定的影响如边缘毛刺、图形模糊等；若显影时间过长，由于显影时光刻胶发生软化、膨胀，显影液将从底片表面向图形边缘渗入，发生钻溶，使图形边缘变坏，有时会出现浮胶现象，严重的甚至大片剥落形成脱胶。,6、坚膜（后烘、硬烘焙）,坚膜就是使胶膜进一步坚固；,底片经过显影之后，胶膜会发生软化和膨胀，影响胶膜抗蚀能力，因此在显影后，以适当的温度烘焙底片，去除显影液和水分，使胶膜坚固；同时，使光刻胶进一步聚合而提高胶膜抗蚀能力。坚膜方法与前烘一样有两种即烘箱坚膜及红外灯坚膜。,若坚膜不足，胶膜没有烘透，不够坚固，在腐蚀时会发生浮胶或严重侧蚀等。坚膜过度，则使胶膜因热膨胀产生翘曲和剥落，腐蚀时会发生钻蚀或浮胶。,7、刻蚀 湿法和干法,稀释的HF,8、去胶,