集成電路制造工藝

《集成電路制造工藝》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《集成電路制造工藝（190頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、集成電路的發(fā)展歷史集成電路的發(fā)展歷史集成電路集成電路 Integrated Circuit，縮寫，縮寫IC通過一系列特定的通過一系列特定的加工工藝加工工藝，將將晶體管、二極管等晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路器件，按照一定的電路互連，互連，“集成集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能集成電路芯片顯微照片集成電路芯片顯微照片各種封裝好的集成電路各種封裝好的集成電路1.1900年普朗克發(fā)表了著名的年普朗克發(fā)表了著名的量子

2、論量子論 揭開了現(xiàn)代物理學(xué)的新紀(jì)元，并深深地揭開了現(xiàn)代物理學(xué)的新紀(jì)元，并深深地 影響了影響了20世紀(jì)人類社會(huì)的發(fā)展。世紀(jì)人類社會(huì)的發(fā)展。2.之后的之后的2，30年時(shí)間里，包括愛因斯坦年時(shí)間里，包括愛因斯坦 在內(nèi)的一大批物理學(xué)家逐步完善了量子理在內(nèi)的一大批物理學(xué)家逐步完善了量子理論，為后來微電子的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論，為后來微電子的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)論基礎(chǔ)歷史的回顧19471947年圣誕前夕，貝爾實(shí)驗(yàn)?zāi)晔フQ前夕，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家室的科學(xué)家肖克利肖克利(William (William Shockley)Shockley)和他的兩助手和他的兩助手布拉布拉頓頓(Water Brattain

3、(Water Brattain 、巴丁巴?。↗ohn bardeenJohn bardeen) )在貝爾實(shí)驗(yàn)在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)發(fā)明了世界上第一室工作時(shí)發(fā)明了世界上第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管由于三人的杰出貢獻(xiàn)，他們分享了由于三人的杰出貢獻(xiàn)，他們分享了19561956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)世界上第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管世界上第一個(gè)點(diǎn)接觸型晶體管鍺多晶材料制備的點(diǎn)接觸晶體管鍺多晶材料制備的點(diǎn)接觸晶體管集成電路的發(fā)明杰克-基爾比 1959年1959年第一塊集成電路：年第一塊集成電路：TI公司的公司的Kilby，12個(gè)器件，個(gè)器件，Ge晶片晶片 從此從此IC經(jīng)歷了：經(jīng)歷了： SSI

4、MSI LSI 現(xiàn)已進(jìn)入到：現(xiàn)已進(jìn)入到： VLSI ULSI GSI集成電路的發(fā)展集成電路的發(fā)展 小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路(Small Scale IC，SSI) 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路(Medium Scale IC，MSI) 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路(Large Scale IC，LSI) 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale IC，VLSI) 特大規(guī)模集成電路特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IC，ULSI) 巨大規(guī)模集成電路巨大規(guī)模集成電路(Gigantic Scale IC，GSI） VLSI使用最頻繁，其含義往往包括了

5、使用最頻繁，其含義往往包括了ULSI和和GSI。中文中。中文中把把VLSI譯為超大規(guī)模集成，更是包含了譯為超大規(guī)模集成，更是包含了ULSI和和GSI的意義。的意義。CMOS工藝特征尺寸發(fā)展進(jìn)程工藝特征尺寸發(fā)展進(jìn)程 年份1989年1993年1997年2001年特征尺寸1.0m0.6m0.25m0.18m水平標(biāo)志 微米（M）亞微米（SM）深亞微米（DSM）超深亞微米（UDSM）0.80.80.35m0.35m稱為亞微米，稱為亞微米，0.25m0.25m及其以下稱為深亞微米及其以下稱為深亞微米 ，0.18 m0.18 m以下為超深亞微米，以下為超深亞微米， 0.05m0.05m及其以下稱為納米級(jí)及其

6、以下稱為納米級(jí) Ultra Deep Sub Micron，UDSM 集成電路發(fā)展的特點(diǎn)集成電路發(fā)展的特點(diǎn)特征尺寸越來越小特征尺寸越來越小布線層數(shù)布線層數(shù)/I/0引腳越來越多引腳越來越多硅圓片尺寸越來越大硅圓片尺寸越來越大芯片集成度越來越大芯片集成度越來越大時(shí)鐘速度越來越高時(shí)鐘速度越來越高電源電壓電源電壓/單位功耗越來越低單位功耗越來越低摩爾定律摩爾定律 一個(gè)有關(guān)集成電路發(fā)展趨勢的著名預(yù)言，一個(gè)有關(guān)集成電路發(fā)展趨勢的著名預(yù)言，該預(yù)言直至今日依然準(zhǔn)確。該預(yù)言直至今日依然準(zhǔn)確。 集成電路自發(fā)明四十年以來，集成電路芯片的集成電路自發(fā)明四十年以來，集成電路芯片的集集成度每三年翻兩番成度每三年翻兩番 ，

7、而加工特征尺寸縮小，而加工特征尺寸縮小 倍。倍。 即由即由Intel公司創(chuàng)始人之一公司創(chuàng)始人之一Gordon E. Moore博博士士1965年總結(jié)的規(guī)律，被稱為摩爾定律。年總結(jié)的規(guī)律，被稱為摩爾定律。2v集成電路單片集成度和最小特征尺寸的發(fā)展曲線集成電路單片集成度和最小特征尺寸的發(fā)展曲線vIC在各個(gè)發(fā)展階段的在各個(gè)發(fā)展階段的主要特征數(shù)據(jù)主要特征數(shù)據(jù) 發(fā)展發(fā)展 階段階段主要特征主要特征MSI(1966)LSI(1971)VLSI(1980)ULSI(1990)元件數(shù)元件數(shù)/芯片芯片102-103103-105105-107107-108特征線寬特征線寬(um)10-55-33-11柵氧化層厚度

8、柵氧化層厚度(nm)120-100100-4040-1515-10結(jié)深結(jié)深(um)2-1.21.2-0.50.5-.020.2-.01芯片面積芯片面積(mm2)150vIntel 公司第一代公司第一代CPU4004電路規(guī)模：電路規(guī)模：2300個(gè)晶體管個(gè)晶體管生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝：10um最快速度：最快速度：108KHzvIntel 公司公司CPU386TM電路規(guī)模：電路規(guī)模：275,000個(gè)晶體管個(gè)晶體管生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝：1.5um最快速度：最快速度：33MHzvIntel 公司最新一代公司最新一代CPUPentium 4電路規(guī)模：電路規(guī)模：4千千2百萬個(gè)晶體管百萬個(gè)晶體管生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝：

9、0.13um最快速度：最快速度：2.4GHz集成電路的分類集成電路的分類 雙極集成電路：主要由雙極型晶體管構(gòu)成雙極集成電路：主要由雙極型晶體管構(gòu)成NPNNPN型雙極集成電路型雙極集成電路PNPPNP型雙極集成電路型雙極集成電路金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體半導(dǎo)體(MOS)(MOS)集成電路：主要由集成電路：主要由MOSMOS晶體管晶體管( (單極型晶體管單極型晶體管) )構(gòu)成構(gòu)成NMOSNMOSPMOSPMOSCMOS(CMOS(互補(bǔ)互補(bǔ)MOS)MOS)雙極雙極-MOS(BiMOS-MOS(BiMOS) )集成電路：是同時(shí)包括雙極集成電路：是同時(shí)包括雙極和和MOSMOS晶體管的集成電路

10、。綜合了雙極晶體管的集成電路。綜合了雙極和和MOSMOS器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜。器件兩者的優(yōu)點(diǎn)，但制作工藝復(fù)雜。 集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目集成度：每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目類 別數(shù)字集成電路模擬集成電路MOS IC雙極ICSSI1021002000300ULSI107109GSI109 按集成度分類 數(shù)?；旌霞呻娐窋?shù)模混合集成電路(Digital - Analog IC) ： 例如例如 數(shù)模數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器等。轉(zhuǎn)換器等。按電路的功能分類數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路(Digital IC)： 是指處理數(shù)字信號(hào)的集成電路，即采用

11、二進(jìn)制方式進(jìn)是指處理數(shù)字信號(hào)的集成電路，即采用二進(jìn)制方式進(jìn)行數(shù)字計(jì)算和邏輯函數(shù)運(yùn)算的一類集成電路。行數(shù)字計(jì)算和邏輯函數(shù)運(yùn)算的一類集成電路。模擬集成電路模擬集成電路(Analog IC)： 是指處理模擬信號(hào)是指處理模擬信號(hào)(連續(xù)變化的信號(hào)連續(xù)變化的信號(hào))的集成電路，的集成電路， 通常又可分為線性集成電路和非線性集成電路通常又可分為線性集成電路和非線性集成電路 ： 線性集成電路：又叫放大集成電路，如運(yùn)算放大器、電線性集成電路：又叫放大集成電路，如運(yùn)算放大器、電壓比較器、跟隨器等。壓比較器、跟隨器等。 非線性集成電路：如振蕩器、定時(shí)器等電路。非線性集成電路：如振蕩器、定時(shí)器等電路。v 標(biāo)準(zhǔn)通用集成電

12、路標(biāo)準(zhǔn)通用集成電路 通用集成電路是指不同廠家都在同時(shí)生產(chǎn)的用量極大通用集成電路是指不同廠家都在同時(shí)生產(chǎn)的用量極大的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。這類產(chǎn)品往往集成度不高，然而社會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品。這類產(chǎn)品往往集成度不高，然而社會(huì)需求量大，通用性強(qiáng)。需求量大，通用性強(qiáng)。按應(yīng)用領(lǐng)域分類v專用集成電路專用集成電路 根據(jù)某種電子設(shè)備中特定的技術(shù)要求而專門設(shè)計(jì)的根據(jù)某種電子設(shè)備中特定的技術(shù)要求而專門設(shè)計(jì)的集成電路簡稱集成電路簡稱ASIC（Application Specific Integrated Circuit)，其特點(diǎn)是集成度較高功能較多，功耗較小，封，其特點(diǎn)是集成度較高功能較多，功耗較小，封裝形式多樣。裝形式多樣。

13、 1. 特征尺寸特征尺寸 (Feature Size) / （Critical Dimension） 特征尺寸定義為器件中最小線條寬度特征尺寸定義為器件中最小線條寬度(對(duì)對(duì)MOS器件而言，通常器件而言，通常指器件柵電極所決定的溝道幾何長度指器件柵電極所決定的溝道幾何長度)描述集成電路工藝技術(shù)水平的描述集成電路工藝技術(shù)水平的三個(gè)技術(shù)指標(biāo)三個(gè)技術(shù)指標(biāo)減小特征尺寸是提高集成度、改進(jìn)器件性能的關(guān)鍵。減小特征尺寸是提高集成度、改進(jìn)器件性能的關(guān)鍵。特征尺特征尺寸的減小主要取決于光刻技術(shù)的改進(jìn)寸的減小主要取決于光刻技術(shù)的改進(jìn)。集成電路的特征尺寸。集成電路的特征尺寸向深亞微米發(fā)展，目前的規(guī)?；a(chǎn)是向深亞微米

14、發(fā)展，目前的規(guī)?；a(chǎn)是0.18m、0.13m工藝，工藝， Intel目前將大部分芯片生產(chǎn)制程轉(zhuǎn)換到目前將大部分芯片生產(chǎn)制程轉(zhuǎn)換到0.09 m 。 2. 晶片直徑晶片直徑(Wafer Diameter) 為了提高集成度，可適當(dāng)增大芯片面積。然而，為了提高集成度，可適當(dāng)增大芯片面積。然而，芯片面積的芯片面積的增大導(dǎo)致每個(gè)圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)減少，從而使生產(chǎn)效率降增大導(dǎo)致每個(gè)圓片內(nèi)包含的芯片數(shù)減少，從而使生產(chǎn)效率降低，成本高。采用更大直徑的晶片可解決這一問題。低，成本高。采用更大直徑的晶片可解決這一問題。晶圓的晶圓的尺寸增加，當(dāng)前的主流晶圓的尺寸為尺寸增加，當(dāng)前的主流晶圓的尺寸為8吋，正在向吋，正在

15、向12吋晶圓邁吋晶圓邁進(jìn)。下圖自左到右給出的是從進(jìn)。下圖自左到右給出的是從2吋吋12吋按比例畫出的圓。由吋按比例畫出的圓。由此，我們對(duì)晶圓尺寸的增加有一個(gè)直觀的印象。此，我們對(duì)晶圓尺寸的增加有一個(gè)直觀的印象。尺寸從尺寸從2吋吋12吋成比例增加的晶圓吋成比例增加的晶圓 3.DRAM 的容量的容量 RAM (Random-Access Memory)隨機(jī)存取存隨機(jī)存取存儲(chǔ)器儲(chǔ)器 分為分為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM (Dynamic )和靜態(tài)存儲(chǔ)器和靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM(Static) 中國中國IC產(chǎn)業(yè)分布圖產(chǎn)業(yè)分布圖 中芯國際集成電路制造有限公司中芯國際集成電路制造有限公司 上海華虹上海華虹(集團(tuán)

16、集團(tuán))有限公司有限公司 華潤微電子華潤微電子(控股控股)有限公司有限公司 無錫海力士意法半導(dǎo)體有限公司無錫海力士意法半導(dǎo)體有限公司 和艦科技和艦科技(蘇州蘇州)有限公司有限公司 首鋼日電電子有限公司首鋼日電電子有限公司 上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司 臺(tái)積電臺(tái)積電(上海上海)有限公司有限公司 上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司 吉林華微電子股份有限公司吉林華微電子股份有限公司 2006年度中國集成電路與分立器件制造前十大企業(yè)是：年度中國集成電路與分立器件制造前十大企業(yè)是： 飛思卡爾半導(dǎo)體飛思卡爾半導(dǎo)體(中國中國)有限公司有限公司 奇夢達(dá)科技奇夢達(dá)科技(蘇

17、州蘇州)有限公司有限公司 威訊聯(lián)合半導(dǎo)體威訊聯(lián)合半導(dǎo)體(北京北京)有限公司有限公司 深圳賽意法半導(dǎo)體有限公司深圳賽意法半導(dǎo)體有限公司 江蘇新潮科技集團(tuán)有限公司江蘇新潮科技集團(tuán)有限公司 上海松下半導(dǎo)體有限公司上海松下半導(dǎo)體有限公司 英特爾產(chǎn)品英特爾產(chǎn)品(上海上海)有限公司有限公司 南通富士通微電子有限公司南通富士通微電子有限公司 星科金朋星科金朋(上海上海)有限公司有限公司 樂山無線電股份有限公司樂山無線電股份有限公司2006年度中國集成電路封裝測試前十大企業(yè)是：年度中國集成電路封裝測試前十大企業(yè)是： 炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司 中國華大集成電路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司中國華大集成

18、電路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 ( (包含北京中電華大電子設(shè)計(jì)公司等包含北京中電華大電子設(shè)計(jì)公司等) ) 北京中星微電子有限公司北京中星微電子有限公司 大唐微電子技術(shù)有限公司大唐微電子技術(shù)有限公司 深圳海思半導(dǎo)體有限公司深圳海思半導(dǎo)體有限公司 無錫華潤矽科微電子有限公司無錫華潤矽科微電子有限公司 杭州士蘭微電子股份有限公司杭州士蘭微電子股份有限公司 上海華虹集成電路有限公司上海華虹集成電路有限公司 北京清華同方微電子有限公司北京清華同方微電子有限公司 展訊通信展訊通信( (上海上海) )有限公司有限公司 2006年度中國集成電路設(shè)計(jì)前十大企業(yè)是：年度中國集成電路設(shè)計(jì)前十大企業(yè)是： 集成電路集成電路（In

19、tegrated Circuit） 制造工藝制造工藝是集成電路實(shí)現(xiàn)的手段，是集成電路實(shí)現(xiàn)的手段，也是集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。也是集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 基礎(chǔ)電路制造工藝基礎(chǔ)電路制造工藝 集成電路工藝技術(shù)主要包括集成電路工藝技術(shù)主要包括: 1、原始硅片工藝、原始硅片工藝 硅單晶拉制到最終形成作為硅單晶拉制到最終形成作為IC襯底和有源區(qū)襯底和有源區(qū)的硅片的一整套工藝技術(shù)。的硅片的一整套工藝技術(shù)。 2、摻雜工藝、摻雜工藝 包括各種擴(kuò)散摻雜和離子注入摻雜技術(shù)。包括各種擴(kuò)散摻雜和離子注入摻雜技術(shù)。 3、微細(xì)圖形加工工藝、微細(xì)圖形加工工藝 包括圖形的復(fù)印和刻蝕轉(zhuǎn)移兩個(gè)方面。包括圖形的復(fù)印和刻蝕轉(zhuǎn)移兩個(gè)方面。 4

20、、介質(zhì)薄膜工藝、介質(zhì)薄膜工藝 包括各種熱生長技術(shù)和各種包括各種熱生長技術(shù)和各種CVD技術(shù)。技術(shù)。 5、金屬薄膜工藝、金屬薄膜工藝 包括真空蒸發(fā)技術(shù)、濺射技術(shù)和包括真空蒸發(fā)技術(shù)、濺射技術(shù)和CVD技術(shù)。技術(shù)。集成電路制造工藝簡介集成電路制造工藝簡介生產(chǎn)工廠簡介生產(chǎn)工廠簡介國外某集成電路工廠外景國外某集成電路工廠外景凈化廠房凈化廠房芯片制造凈化區(qū)域走廊Here in the Fab Two Photolithography area we see one of our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers. this stepper can image and alig

21、n both 6 & 8 inch wafers. 投投影影式式光光刻刻機(jī)機(jī)Here we see a technician loading 300mm wafers into the SemiTool. The wafers are in a 13 wafer Teflon cassette co-designed by Process Specialties and SemiTool in 1995. Again these are the worlds first 300mm wet process cassettes (that can be spin rinse dried). 硅硅

22、片片清清洗洗裝裝置置As we look in this window we see the Worlds First true 300mm production furnace. Our development and design of this tool began in 1992, it was installed in December of 1995 and became fully operational in January of 1996. 12英英寸寸氧氧化化擴(kuò)擴(kuò)散散爐爐Here we can see the loading of 300mm wafers onto the

23、 Paddle. 12英英寸寸氧氧化化擴(kuò)擴(kuò)散散爐爐裝裝片片工工序序Process Specialties has developed the worlds first production 300mm Nitride system! We began processing 300mm LPCVD Silicon Nitride in May of 1997. 12英寸氧英寸氧化擴(kuò)散爐化擴(kuò)散爐取片工序取片工序（已生長（已生長Si3N4）2,500 additional square feet of State of the Art Class One Cleanroom is currently

24、 processing wafers! With increased 300mm & 200mm processing capabilities including more PVD Metalization, 300mm Wet processing / Cleaning capabilities and full wafer 300mm 0.35um Photolithography, all in a Class One enviroment.PVD化學(xué)汽化學(xué)汽相沉積相沉積CVD Accuracy in metrology is never an issue at Process Spe

25、cialties. We use the most advanced robotic laser ellipsometers and other calibrated tools for precision thin film, resistivity, CD and step height measurement. Including our new Nanometrics 8300 full wafer 300mm thin film measurement and mapping tool. We also use outside laboratories and our excelle

26、nt working relationships with our Metrology tool customers, for additional correlation and calibration. 檢檢測測工工序序Above you are looking at a couple of views of the facilities on the west side of Fab One. Here you can see one of our 18.5 Meg/Ohm DI water systems and one of four 10,000 CFM air systems f

27、eeding this fab (left picture), as well as one of our waste air scrubber units (right picture). Both are inside the building for easier maintenance, longer life and better control. 去去離離子子水水生生產(chǎn)產(chǎn)裝裝置置離子注入檢查晶圓 Here we are looking at the Incoming material disposition racks 庫房庫房集成電路制造工藝分類集成電路制造工藝分類1. 雙極型工

28、藝（雙極型工藝（bipolar）2. CMOS工藝工藝集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)芯片檢測芯片檢測單晶、外單晶、外延材料延材料掩膜版掩膜版芯片制芯片制造過程造過程封裝封裝測試測試 系統(tǒng)需求系統(tǒng)需求集成電路芯片設(shè)計(jì)過程框架集成電路芯片設(shè)計(jì)過程框架From 吉利久教授吉利久教授是是功能要求功能要求行為設(shè)計(jì)（行為設(shè)計(jì)（VHDL）行為仿真行為仿真綜合、優(yōu)化綜合、優(yōu)化網(wǎng)表網(wǎng)表時(shí)序仿真時(shí)序仿真布局布線布局布線版圖版圖后仿真后仿真否否是是否否否否是是Sing off設(shè)計(jì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)創(chuàng)意 + 仿真驗(yàn)證仿真驗(yàn)證集成電路的設(shè)計(jì)過程：集成電路的設(shè)計(jì)過程：芯片制造過程由氧化、淀積、離子注入或蒸由氧化、淀積、離

29、子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層發(fā)形成新的薄膜或膜層曝曝 光光刻刻 蝕蝕硅片硅片測試和封裝測試和封裝用掩膜版用掩膜版重復(fù)重復(fù)20-30次次集成電路芯片的顯微照片Vsspoly 柵Vdd布線通道參考孔有源區(qū)N+P+ 50 m100 m頭發(fā)絲粗細(xì)頭發(fā)絲粗細(xì)1 m 1 m(晶體管的大小晶體管的大小)90年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管大小與人年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管大小與人類頭發(fā)絲粗細(xì)、皮膚細(xì)胞大小的比較類頭發(fā)絲粗細(xì)、皮膚細(xì)胞大小的比較N溝道溝道MOS晶體管晶體管CMOS集成電路集成電路(互補(bǔ)型互補(bǔ)型MOS集成電路集成電路)：目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占集成電路

30、總數(shù)的集成電路總數(shù)的95%以上。以上。集成電路制造工藝 圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上 摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等 制膜：制作各種材料的薄膜1 雙極型（雙極型（NPN）集成電路工藝）集成電路工藝(典型的典型的PN結(jié)隔離工藝結(jié)隔離工藝)P-Sub襯底準(zhǔn)備（襯底準(zhǔn)備（P型）型）光刻光刻n+埋層埋層區(qū)區(qū)氧化氧化n+埋層區(qū)注入埋層區(qū)注入 清潔表面清潔表面1.1.襯底準(zhǔn)備襯底準(zhǔn)備2.2.第一次光刻第一次光刻N(yùn)+隱埋層擴(kuò)散孔光刻隱埋層擴(kuò)散孔光刻 P-Sub生長生長n-外延外延 隔離氧化隔離氧化 光刻光刻p+隔離區(qū)隔離區(qū)p+

31、隔離注入隔離注入 p+隔離推進(jìn)隔離推進(jìn)N+N+N-N-3.3.外延層淀積外延層淀積4.4.第二次光刻第二次光刻P P+ +隔離擴(kuò)散孔光刻隔離擴(kuò)散孔光刻光刻硼擴(kuò)散區(qū)光刻硼擴(kuò)散區(qū)P-SubN+N+N-N-P+P+P+硼擴(kuò)散硼擴(kuò)散5.5.第三次光刻第三次光刻P P型基區(qū)擴(kuò)散孔光刻型基區(qū)擴(kuò)散孔光刻光刻磷擴(kuò)散區(qū)光刻磷擴(kuò)散區(qū) 磷擴(kuò)散磷擴(kuò)散P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP6.6.第四次光刻第四次光刻N(yùn)+發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔光刻發(fā)射區(qū)擴(kuò)散孔光刻氧化氧化光刻引線孔光刻引線孔清潔表面清潔表面P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP7.7.第五次光刻第五次光刻引線接觸孔光刻引線接觸孔光刻 氧化氧化蒸鍍金屬蒸鍍金

32、屬反刻金屬反刻金屬P-SubN+N+N-N-P+P+P+PP8.8.第六次光刻第六次光刻金屬化內(nèi)連線光刻金屬化內(nèi)連線光刻 NPN晶體管剖面圖ALSiO2BPP+P-SUBN+ECN+-BLN-epiP+Epitaxial layer 外延層Buried Layer埋層的作用埋層的作用1.減小串聯(lián)電阻減小串聯(lián)電阻（集成電路中的各個(gè)電極均從（集成電路中的各個(gè)電極均從上表面引出，外延層電阻率較大且路徑較長）上表面引出，外延層電阻率較大且路徑較長）BP-SubSiO2光刻膠光刻膠N+埋層埋層N-epiP+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+鈍化層鈍化層N+CECEBB2.減小寄生減小寄生pnp晶

33、體管的影響晶體管的影響隔離的實(shí)現(xiàn)隔離的實(shí)現(xiàn)1.P+隔離擴(kuò)散要擴(kuò)穿外延層，與隔離擴(kuò)散要擴(kuò)穿外延層，與p型襯底連通。型襯底連通。因此，將因此，將n型外延層分割成若干型外延層分割成若干個(gè)個(gè)“島島” 。2. P+隔離接電路最低電位，隔離接電路最低電位，使使“島島” 與與“島島” 之間形成兩個(gè)背靠背的反偏二極之間形成兩個(gè)背靠背的反偏二極管。管。BP-SubSiO2光刻膠光刻膠N+埋層埋層N-epiSiO2P+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+N+CECEBB鈍化層鈍化層光刻掩膜版匯總光刻掩膜版匯總埋層區(qū)埋層區(qū)隔離墻隔離墻硼擴(kuò)區(qū)硼擴(kuò)區(qū)磷擴(kuò)區(qū)磷擴(kuò)區(qū) 引線孔引線孔金屬連線金屬連線外延層電極的引出外延層

34、電極的引出歐姆接觸電極：歐姆接觸電極：金屬與摻雜濃度較低的外延金屬與摻雜濃度較低的外延層相接觸易形成整流接觸層相接觸易形成整流接觸（金半接觸勢壘二極（金半接觸勢壘二極管）管）。因此，。因此，外延層電極引出處應(yīng)增加濃擴(kuò)散外延層電極引出處應(yīng)增加濃擴(kuò)散。BP-SubSiO2光刻膠光刻膠N+埋層埋層N-epiP+P+P+SiO2N-epiPPN+N+N+鈍化層鈍化層N+CECEBB金屬與半導(dǎo)體接觸？金屬與半導(dǎo)體接觸？形成歐姆接觸的方法？形成歐姆接觸的方法？低勢壘，高復(fù)合，高低勢壘，高復(fù)合，高摻雜摻雜光刻光刻LithographyLithography光刻是光刻是ICIC制造業(yè)中最為重要的一道工制造業(yè)中

35、最為重要的一道工藝藝硅片制造工藝中，光刻硅片制造工藝中，光刻占所有成本的占所有成本的35%35% 通?？赏ǔ？捎糜霉饪檀螖?shù)光刻次數(shù)及所需及所需掩模的個(gè)數(shù)掩模的個(gè)數(shù)來來表示某生產(chǎn)工藝的難易程度。表示某生產(chǎn)工藝的難易程度。 一個(gè)典型的硅集成電路工藝包括一個(gè)典型的硅集成電路工藝包括1520塊掩膜版塊掩膜版 集成電路的集成電路的特征尺寸特征尺寸是否能夠進(jìn)一是否能夠進(jìn)一步減小，也與步減小，也與光刻技術(shù)光刻技術(shù)的近一步發(fā)展有的近一步發(fā)展有密切的關(guān)系。密切的關(guān)系。 通常人們用通常人們用特征尺寸特征尺寸來評(píng)價(jià)一個(gè)集來評(píng)價(jià)一個(gè)集成電路生產(chǎn)線的技術(shù)水平成電路生產(chǎn)線的技術(shù)水平。 所謂所謂特征尺寸（特征尺寸（CDCD

36、：characteristic dimensioncharacteristic dimension）是指設(shè)計(jì)的多晶硅柵長，它標(biāo)志了器件工藝的總是指設(shè)計(jì)的多晶硅柵長，它標(biāo)志了器件工藝的總體水平，是設(shè)計(jì)規(guī)則的主要部分體水平，是設(shè)計(jì)規(guī)則的主要部分通常我們所說的通常我們所說的0.13 m,0.09 m工藝就是工藝就是指的光刻技術(shù)所能達(dá)到最小線條的工藝。指的光刻技術(shù)所能達(dá)到最小線條的工藝。光刻的定義光刻的定義：光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。光刻的目的光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或光刻的目的就是在二氧化硅或 金屬薄膜上面

37、刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖幾何圖 形，形，把掩模版上的圖形轉(zhuǎn)換成晶把掩模版上的圖形轉(zhuǎn)換成晶圓上的器件結(jié)構(gòu)圓上的器件結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)從而實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散選擇性擴(kuò)散和和金屬薄膜布線金屬薄膜布線的目的。的目的。光刻的要求光刻的要求 對(duì)光刻的基本要求：對(duì)光刻的基本要求： （1）高分辨率高分辨率 （2）高靈敏度高靈敏度 （3）精密的套刻對(duì)準(zhǔn)精密的套刻對(duì)準(zhǔn) （4）大尺寸硅片上的加工大尺寸硅片上的加工 （5）低缺陷低缺陷 1. 高分辨率高分辨率 分辨率是將硅片上兩個(gè)鄰近的特征圖形區(qū)分辨率是將硅片上兩個(gè)鄰近的特征圖形區(qū)分開來的能力，即分開來的能力，即對(duì)光刻工藝中可以達(dá)到對(duì)光

38、刻工藝中可以達(dá)到的最小光刻圖形尺寸的一種描述，是光刻的最小光刻圖形尺寸的一種描述，是光刻精度和清晰度的標(biāo)志之一。精度和清晰度的標(biāo)志之一。隨著集成電路隨著集成電路的集成度提高，加工的線條越來越細(xì)，對(duì)的集成度提高，加工的線條越來越細(xì)，對(duì)分辨率的要求也越來越高。分辨率的要求也越來越高。分辨率表示每分辨率表示每mmmm內(nèi)能夠刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)。內(nèi)能夠刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)。 R= 1/2LR= 1/2L 2.高靈敏度高靈敏度 靈敏度是指光刻膠感光的速度。靈敏度是指光刻膠感光的速度。為了提為了提高產(chǎn)量要求曝光時(shí)間越短越好，也就要高產(chǎn)量要求曝光時(shí)間越短越好，也就要求高靈敏度。求高靈敏度。3.精密的

39、套刻對(duì)準(zhǔn)精密的套刻對(duì)準(zhǔn)集成電路制作需要十多次甚至幾十次光刻，集成電路制作需要十多次甚至幾十次光刻，每次光刻都要相互套準(zhǔn)。每次光刻都要相互套準(zhǔn)。由于圖形的特征尺寸在亞微米數(shù)量級(jí)上，由于圖形的特征尺寸在亞微米數(shù)量級(jí)上，因此，對(duì)套刻要求很高。要求套刻誤差在因此，對(duì)套刻要求很高。要求套刻誤差在特征尺寸的特征尺寸的10左右。左右。 4.大尺寸硅片的加工大尺寸硅片的加工 隨著晶圓尺寸增大，周圍環(huán)境會(huì)引起晶圓隨著晶圓尺寸增大，周圍環(huán)境會(huì)引起晶圓片的膨脹和收縮。片的膨脹和收縮。因此對(duì)周圍環(huán)境的溫度因此對(duì)周圍環(huán)境的溫度控制要求十分嚴(yán)格，控制要求十分嚴(yán)格，否則會(huì)影響光刻質(zhì)量否則會(huì)影響光刻質(zhì)量5.低缺陷低缺陷缺陷會(huì)

40、使電路失效，因此應(yīng)該盡量減少缺陷缺陷會(huì)使電路失效，因此應(yīng)該盡量減少缺陷5.2 光刻膠的組成材料及感光原理光刻膠的組成材料及感光原理光刻膠是光刻工藝的核心，光刻膠是光刻工藝的核心，光刻過程光刻過程中的所有操作都會(huì)根據(jù)中的所有操作都會(huì)根據(jù)特定的光刻膠特定的光刻膠性質(zhì)性質(zhì)和和想達(dá)到的預(yù)期結(jié)果想達(dá)到的預(yù)期結(jié)果而進(jìn)行微調(diào)。而進(jìn)行微調(diào)。光刻膠的選擇和光刻工藝的研發(fā)是一光刻膠的選擇和光刻工藝的研發(fā)是一個(gè)非常漫長的過程。個(gè)非常漫長的過程。光刻膠種類光刻膠種類 正光刻膠正光刻膠(Positive optical resist) 負(fù)光刻膠負(fù)光刻膠(Negative optical resist)Resists a

41、re organic polymers that are spun onto wafersand prebaked to produce a film 0.5 - 1 m thick.光刻膠又稱光刻膠又稱光致抗蝕劑光致抗蝕劑(Photo-Resist) ，根根據(jù)光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，據(jù)光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，有有正性光刻膠正性光刻膠Positive Optical Resistv 正膠的光化學(xué)性質(zhì)是從抗溶正膠的光化學(xué)性質(zhì)是從抗溶解到可溶性。解到可溶性。v 正膠曝光后顯影時(shí)感光的膠正膠曝光后顯影時(shí)感光的膠層溶解了。層溶解了。v 現(xiàn)有現(xiàn)有VLSI工藝都采用正膠工藝都采用正膠 正膠

42、機(jī)制正膠機(jī)制曝光使感光材料曝光使感光材料(PAC)中分子裂解，中分子裂解，被裂解的分子在顯被裂解的分子在顯影液中很易溶解，影液中很易溶解，從而與未曝光部分從而與未曝光部分形成強(qiáng)烈反差。形成強(qiáng)烈反差。負(fù)性光刻膠負(fù)性光刻膠 Negative Optical resist 負(fù)膠的光學(xué)性能是從可溶負(fù)膠的光學(xué)性能是從可溶解性到不溶解性。解性到不溶解性。 負(fù)膠在曝光后發(fā)生交鏈作負(fù)膠在曝光后發(fā)生交鏈作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在顯影用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在顯影液中很少被溶解，而未被液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。曝光的部分充分溶解。 小結(jié)：小結(jié)：正性和負(fù)性光刻膠正性和負(fù)性光刻膠 正性光刻膠正性光刻膠受光或紫外線照

43、射后受光或紫外線照射后感光的部感光的部分發(fā)生光分解反應(yīng)，可溶于顯影液分發(fā)生光分解反應(yīng)，可溶于顯影液，未感光的，未感光的部分顯影后仍然留在晶圓的表面部分顯影后仍然留在晶圓的表面 負(fù)性光刻膠負(fù)性光刻膠的的未感光部分溶于顯影液中未感光部分溶于顯影液中，而，而感光部分顯影后仍然留在基片表面。感光部分顯影后仍然留在基片表面。正膠：曝光前不可溶，曝光后正膠：曝光前不可溶，曝光后 可溶可溶負(fù)膠：曝光前負(fù)膠：曝光前 可溶，曝光后不可溶可溶，曝光后不可溶 光刻膠對(duì)大部分可見光敏感，光刻膠對(duì)大部分可見光敏感，對(duì)黃光不敏感。對(duì)黃光不敏感。因此光刻通常在因此光刻通常在黃光室黃光室（Yellow Room）內(nèi)進(jìn)行。）內(nèi)

44、進(jìn)行。正膠和負(fù)膠的比較正膠和負(fù)膠的比較 正膠正膠a)分辨率高分辨率高 小于小于1微米微米b)抗干法刻蝕能力強(qiáng)抗干法刻蝕能力強(qiáng)c)較好的熱穩(wěn)定性較好的熱穩(wěn)定性 負(fù)膠負(fù)膠a)對(duì)某些襯底表面粘附性好對(duì)某些襯底表面粘附性好b) 曝光時(shí)間短，產(chǎn)量高曝光時(shí)間短，產(chǎn)量高c) 工藝寬容度較高工藝寬容度較高 （顯影液稀釋度、溫度等）（顯影液稀釋度、溫度等）d) 價(jià)格較低價(jià)格較低 （約正膠的三分之一）（約正膠的三分之一）負(fù)膠負(fù)膠 曝光后變?yōu)槠毓夂笞優(yōu)榭扇芸扇?顯影時(shí)未曝光的部顯影時(shí)未曝光的部 分溶解于顯影液分溶解于顯影液 圖形與掩模版相反圖形與掩模版相反 分辨率較低分辨率較低 含二甲苯，對(duì)環(huán)境、含二甲苯，對(duì)環(huán)境、

45、身體有害。身體有害。正膠正膠 曝光后變?yōu)榭扇芷毓夂笞優(yōu)榭扇?顯影時(shí)曝光的部分顯影時(shí)曝光的部分溶解于顯影液溶解于顯影液 圖形與掩模版相同圖形與掩模版相同 小的聚合物尺寸，小的聚合物尺寸，有有高的分辨高的分辨 大大應(yīng)用于應(yīng)用于IC fabsIC fabs光刻膠種類光刻膠種類q分辨率 (resolution)q敏感度 (Sensitivity)q對(duì)比度 (Contrast) q粘滯性q粘附性q抗蝕性光刻膠材料參數(shù)光刻膠材料參數(shù)1.光刻膠的分辨率光刻膠的分辨率（resolution） 在光刻膠層能夠產(chǎn)生的最小圖形通常被作為在光刻膠層能夠產(chǎn)生的最小圖形通常被作為對(duì)光刻膠的分辨率。對(duì)光刻膠的分辨率。 產(chǎn)生

46、的線條越小，分辨率越高。產(chǎn)生的線條越小，分辨率越高。分辨率不僅分辨率不僅與光刻膠本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)，還與特定與光刻膠本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)，還與特定的工藝有關(guān)，比如：曝光光源、顯影工藝等。的工藝有關(guān)，比如：曝光光源、顯影工藝等。 正膠的分辨率較負(fù)膠好，一般正膠的分辨率較負(fù)膠好，一般2 m以下工藝以下工藝用正膠用正膠2.靈敏度靈敏度S (Sensitivity) h為比例常數(shù)；為比例常數(shù)；I為照射光強(qiáng)度，為照射光強(qiáng)度，t為曝光時(shí)間為曝光時(shí)間 靈敏度反應(yīng)了需要多少光來使光刻膠曝光靈敏度反應(yīng)了需要多少光來使光刻膠曝光，即，即光刻膠感光所必須的照射量光刻膠感光所必須的照射量。 曝光時(shí)間越短，曝光時(shí)間越

47、短，S越高。越高。 波長越短的光源（射線）能量越高。波長越短的光源（射線）能量越高。在短波長在短波長光曝光，光刻膠有較高的靈敏度。光曝光，光刻膠有較高的靈敏度。ShIt3.對(duì)比度對(duì)比度(Contrast) 衡量光刻膠辨別亮衡量光刻膠辨別亮(light)/暗暗(dark)區(qū)域的能力區(qū)域的能力 測量方法：對(duì)一定厚度的光刻膠，改變曝光劑量，在測量方法：對(duì)一定厚度的光刻膠，改變曝光劑量，在固定時(shí)間內(nèi)顯影，看顯影后留下的光刻膠厚度。固定時(shí)間內(nèi)顯影，看顯影后留下的光刻膠厚度。 對(duì)比度高的光刻膠造成更好的分辨率對(duì)比度高的光刻膠造成更好的分辨率Df:完全溶解光刻膠所需的曝光劑量；完全溶解光刻膠所需的曝光劑量；

48、D0:溶解光刻膠所需的閾值曝光劑量溶解光刻膠所需的閾值曝光劑量101logofDD4.粘滯性粘滯性 指的是對(duì)于液體光刻膠來說其流動(dòng)特性的定量指標(biāo)指的是對(duì)于液體光刻膠來說其流動(dòng)特性的定量指標(biāo)。 與時(shí)間有關(guān)，因?yàn)樗鼤?huì)在使用中隨著光刻膠中溶劑與時(shí)間有關(guān)，因?yàn)樗鼤?huì)在使用中隨著光刻膠中溶劑的揮發(fā)增加。的揮發(fā)增加。5.粘附性粘附性描述光刻膠粘附于襯底的強(qiáng)度。描述光刻膠粘附于襯底的強(qiáng)度。 光刻膠與襯底膜層（光刻膠與襯底膜層（SiO2、Al等）的粘結(jié)能力直接影等）的粘結(jié)能力直接影響光刻的質(zhì)量。不同的襯底表面，光刻膠的粘結(jié)能力是響光刻的質(zhì)量。不同的襯底表面，光刻膠的粘結(jié)能力是不同的。負(fù)性膠通常比正性膠有更強(qiáng)的粘

49、結(jié)能力。不同的。負(fù)性膠通常比正性膠有更強(qiáng)的粘結(jié)能力。要求光刻膠能夠粘附在不同類型的表面，例如硅，多晶要求光刻膠能夠粘附在不同類型的表面，例如硅，多晶硅，氮化硅，二氧化硅和金屬等硅，氮化硅，二氧化硅和金屬等 必須能夠經(jīng)受住曝光、顯影和后續(xù)的刻蝕，離子注入必須能夠經(jīng)受住曝光、顯影和后續(xù)的刻蝕，離子注入的等工藝的等工藝 6.抗蝕性抗蝕性 光刻膠膠膜必須保持它的粘附性，并在光刻膠膠膜必須保持它的粘附性，并在后續(xù)的濕刻和干刻中保護(hù)襯底表面。這后續(xù)的濕刻和干刻中保護(hù)襯底表面。這種性質(zhì)被稱為種性質(zhì)被稱為抗蝕性?？刮g性。光刻膠由光刻膠由4 4種成分組成：種成分組成：樹脂（聚合物材料）樹脂（聚合物材料）感光劑感

50、光劑溶劑溶劑添加劑（備選）添加劑（備選）5.2.1 光刻膠的組成材料光刻膠的組成材料樹脂樹脂 樹脂是一種惰性的樹脂是一種惰性的聚合物聚合物，包括，包括碳、氫、氧碳、氫、氧的的有機(jī)高分子。用于把光刻膠中的不同材料聚在一有機(jī)高分子。用于把光刻膠中的不同材料聚在一起的粘合劑。起的粘合劑。 對(duì)負(fù)性膠，聚合物曝光后會(huì)由非聚合狀態(tài)對(duì)負(fù)性膠，聚合物曝光后會(huì)由非聚合狀態(tài)變?yōu)榫酆蠣顟B(tài)變?yōu)榫酆蠣顟B(tài)。在大多數(shù)負(fù)性膠里面，聚合物是在大多數(shù)負(fù)性膠里面，聚合物是聚異戊二烯聚異戊二烯類型。是一種相互粘結(jié)的物質(zhì)類型。是一種相互粘結(jié)的物質(zhì)抗抗刻蝕的物質(zhì)刻蝕的物質(zhì)，如圖所示。，如圖所示。雙鍵未聚合的聚合的能量CHCHCHCH(a

51、)(b) 正性膠正性膠的基本聚合物是的基本聚合物是苯酚甲醛苯酚甲醛聚合物，聚合物，也稱為也稱為苯酚甲醛樹脂苯酚甲醛樹脂。如圖所示。如圖所示。 在光刻膠中聚合物是相對(duì)不可溶的，用適在光刻膠中聚合物是相對(duì)不可溶的，用適當(dāng)能量的光照后變成可溶狀態(tài)。這種反應(yīng)稱為當(dāng)能量的光照后變成可溶狀態(tài)。這種反應(yīng)稱為光溶解反應(yīng)光溶解反應(yīng)鄰位（和）26間位（和）34間甲酚甲醛對(duì)位（）4 固體有機(jī)材料（膠膜的主體）固體有機(jī)材料（膠膜的主體） 轉(zhuǎn)移圖形到硅片上轉(zhuǎn)移圖形到硅片上 UVUV曝光后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，溶解性質(zhì)發(fā)生改變曝光后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，溶解性質(zhì)發(fā)生改變 正膠從不可溶到可溶正膠從不可溶到可溶 負(fù)膠從可溶到不可溶負(fù)膠從

52、可溶到不可溶樹脂樹脂感光劑感光劑光刻膠中的光刻膠中的感光劑是光刻膠材料中的光敏成分。感光劑是光刻膠材料中的光敏成分。在紫在紫外區(qū)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)。即對(duì)光能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。外區(qū)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)。即對(duì)光能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 如果聚合物中不添加感光劑，那么它對(duì)光的敏感性如果聚合物中不添加感光劑，那么它對(duì)光的敏感性差，而且光譜范圍較寬，添加特定的感光劑后，可差，而且光譜范圍較寬，添加特定的感光劑后，可以以增加感光靈敏度增加感光靈敏度，而且，而且限制反應(yīng)光的光譜范圍，限制反應(yīng)光的光譜范圍，或者把反應(yīng)光限制在某一波長的光。或者把反應(yīng)光限制在某一波長的光。控制和或改變光化學(xué)反應(yīng)控制和或改變光化學(xué)反應(yīng)決定曝光時(shí)間和強(qiáng)決定曝

53、光時(shí)間和強(qiáng) 溶劑溶劑 光刻膠中容量最大的成分是溶劑光刻膠中容量最大的成分是溶劑。添加溶添加溶劑的目的是光刻膠處于液態(tài)，劑的目的是光刻膠處于液態(tài)，以便使光以便使光刻膠能夠通過旋轉(zhuǎn)的方法涂在晶園表面?？棠z能夠通過旋轉(zhuǎn)的方法涂在晶園表面。 絕大多數(shù)的溶劑在曝光前揮發(fā)，對(duì)于光刻絕大多數(shù)的溶劑在曝光前揮發(fā)，對(duì)于光刻膠的光化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有影響。膠的光化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有影響。 溶解聚合物溶解聚合物 經(jīng)過旋轉(zhuǎn)涂布可得到薄光刻膠膜經(jīng)過旋轉(zhuǎn)涂布可得到薄光刻膠膜 添加劑添加劑 光刻膠中的光刻膠中的添加劑通常是專有化學(xué)品添加劑通常是專有化學(xué)品，成份，成份由制造商開發(fā)，但是由制造商開發(fā)，但是由于競爭原因不對(duì)外公布由于競爭

54、原因不對(duì)外公布。 主要在光刻膠薄膜中主要在光刻膠薄膜中用來改變光刻膠的特定用來改變光刻膠的特定化學(xué)性質(zhì)或光響應(yīng)特性?；瘜W(xué)性質(zhì)或光響應(yīng)特性。如添加染色劑以減少如添加染色劑以減少反射。反射。光刻工藝光刻工藝 為確保光刻膠能和晶園表面很好粘結(jié)，必為確保光刻膠能和晶園表面很好粘結(jié)，必須須進(jìn)行表面處理進(jìn)行表面處理，包括三個(gè)階段：，包括三個(gè)階段：微粒清微粒清除、脫水和涂底膠。除、脫水和涂底膠。1 氣相成底膜處理氣相成底膜處理1 第一步第一步:微粒清除微粒清除 目的：目的：清除掉晶圓在存儲(chǔ)、裝載和卸載到片匣過程清除掉晶圓在存儲(chǔ)、裝載和卸載到片匣過程中吸附到的一些顆粒狀污染物。中吸附到的一些顆粒狀污染物。 清

55、除方法：清除方法： 1）高壓氮?dú)獯党└邏旱獨(dú)獯党?2）化學(xué)濕法清洗：酸清洗和烘干。）化學(xué)濕法清洗：酸清洗和烘干。 3）旋轉(zhuǎn)刷刷洗）旋轉(zhuǎn)刷刷洗 4）高壓水流噴洗）高壓水流噴洗第二步第二步:脫水烘焙脫水烘焙1 目的：目的：干燥晶圓表面，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉稍锞A表面，使基底表面由親水性變?yōu)樵魉?，增加表面粘附性。性，增加表面粘附性?經(jīng)過清潔處理后的晶園表面可能會(huì)含有一定的水分經(jīng)過清潔處理后的晶園表面可能會(huì)含有一定的水分（親水性（親水性表面）表面），所以必須脫水烘焙使其達(dá)到清潔干燥，所以必須脫水烘焙使其達(dá)到清潔干燥（憎水性表面）（憎水性表面），以便增加光刻膠和晶園表面的黏附能力。以便增加

56、光刻膠和晶園表面的黏附能力。 保持憎水性表面保持憎水性表面通常通過下面通常通過下面兩種方法兩種方法：一是保持室內(nèi)溫度在一是保持室內(nèi)溫度在5050以下，以下，并且在晶園完成前一步工藝之后并且在晶園完成前一步工藝之后盡可能快的進(jìn)行涂盡可能快的進(jìn)行涂膠。另一種方法是把晶園存儲(chǔ)在用膠。另一種方法是把晶園存儲(chǔ)在用干燥并且干凈的干燥并且干凈的氮?dú)鈨艋^氮?dú)鈨艋^的干燥器中。的干燥器中。 親水性表面憎水性表面 除此之外，一個(gè)除此之外，一個(gè)加熱的操作加熱的操作也也可以使晶園可以使晶園表面表面恢恢復(fù)到憎水表面。復(fù)到憎水表面。有三種溫度范圍：有三種溫度范圍：2 2 脫水烘焙的三個(gè)溫度范圍：脫水烘焙的三個(gè)溫度范圍：

57、 150-200150-200，低溫蒸發(fā)水分；，低溫蒸發(fā)水分； 400400，中溫烘烤；，中溫烘烤； 750750，高溫烘干。，高溫烘干。第三步第三步 晶圓涂底膠晶圓涂底膠1 1 用用hexamethyldisilazane（HMDS）進(jìn)行）進(jìn)行成膜處理成膜處理 (HMDS:HMDS:六甲基乙硅烷六甲基乙硅烷) )2.2.要求：要求： 在晶圓表面建立薄的、均勻的、并且沒有缺陷的光在晶圓表面建立薄的、均勻的、并且沒有缺陷的光刻膠膜刻膠膜3 光刻膠的厚度：光刻膠的厚度：0.5m-1.5m；均勻性：均勻性： 0.010.01 m m2.旋轉(zhuǎn)涂膠旋轉(zhuǎn)涂膠（Spin-on PR Coating） 成底膜

58、處理后，硅片要立即涂上液相光刻膠材料成底膜處理后，硅片要立即涂上液相光刻膠材料。常用方法：旋轉(zhuǎn)涂膠法常用方法：旋轉(zhuǎn)涂膠法 靜態(tài)涂膠工藝靜態(tài)涂膠工藝 首先把光刻膠首先把光刻膠通過管道通過管道堆積在晶園的中心，堆積在晶園的中心，堆堆積量由積量由晶園大小和光刻膠的類型晶園大小和光刻膠的類型決定，堆積量非常決定，堆積量非常關(guān)鍵，關(guān)鍵，量少了量少了會(huì)導(dǎo)致涂膠會(huì)導(dǎo)致涂膠不均勻不均勻，量大了量大了會(huì)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致晶晶園邊緣園邊緣光刻膠的堆積甚至流到背面光刻膠的堆積甚至流到背面涂膠鋪展旋轉(zhuǎn)真空高轉(zhuǎn)速 光刻膠覆蓋光刻膠覆蓋光刻膠澆注不充分覆蓋完整光刻膠覆蓋過多光刻膠旋轉(zhuǎn)后 動(dòng)態(tài)噴灑動(dòng)態(tài)噴灑 隨著晶園直徑越來越大，靜

59、態(tài)涂膠已不能隨著晶園直徑越來越大，靜態(tài)涂膠已不能滿足要求，滿足要求，動(dòng)態(tài)噴灑是晶園以動(dòng)態(tài)噴灑是晶園以500rpm的速度的速度低速旋轉(zhuǎn)，其目的是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散，低速旋轉(zhuǎn)，其目的是幫助光刻膠最初的擴(kuò)散，用這種方法可以用較少量的光刻膠而達(dá)到更均用這種方法可以用較少量的光刻膠而達(dá)到更均勻的光刻膠膜。勻的光刻膠膜。待擴(kuò)散后旋轉(zhuǎn)器加速完成最終待擴(kuò)散后旋轉(zhuǎn)器加速完成最終要求薄而均勻的光刻膠膜。要求薄而均勻的光刻膠膜。 低轉(zhuǎn)速真空高轉(zhuǎn)速 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)器自動(dòng)旋轉(zhuǎn)器 生產(chǎn)上的涂膠機(jī)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，生產(chǎn)上的涂膠機(jī)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)配置就是一條流水線配置就是一條流水線：包括：包括晶圓清洗、脫水

60、、涂晶圓清洗、脫水、涂底膠、底膠、涂光刻膠、涂光刻膠、晶圓的裝載裝置，軟烘焙箱。晶圓的裝載裝置，軟烘焙箱。旋轉(zhuǎn)涂膠的四個(gè)步驟旋轉(zhuǎn)涂膠的四個(gè)步驟 1.分滴：分滴：當(dāng)硅片靜止或者旋轉(zhuǎn)的非常慢時(shí)，當(dāng)硅片靜止或者旋轉(zhuǎn)的非常慢時(shí)，光刻膠被分滴在硅片上光刻膠被分滴在硅片上 2.旋轉(zhuǎn)鋪開：旋轉(zhuǎn)鋪開：快速加速硅片使光刻膠伸展到快速加速硅片使光刻膠伸展到整個(gè)硅片表面整個(gè)硅片表面 3.旋轉(zhuǎn)甩掉：旋轉(zhuǎn)甩掉：甩掉多于的光刻膠，在硅片上甩掉多于的光刻膠，在硅片上得到均勻的光刻膠膠膜覆蓋層。得到均勻的光刻膠膠膜覆蓋層。 4.溶劑揮發(fā)：溶劑揮發(fā)：以固定轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)涂膠的硅以固定轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)涂膠的硅片，直到溶劑揮發(fā)，光刻膠膠

61、膜幾乎干燥片，直到溶劑揮發(fā)，光刻膠膠膜幾乎干燥3. 軟烘（軟烘（soft baking） 因?yàn)楣饪棠z是一種粘稠體，所以涂膠結(jié)束后并不因?yàn)楣饪棠z是一種粘稠體，所以涂膠結(jié)束后并不能直接進(jìn)行曝光，必須經(jīng)過烘焙，使光刻膠中的能直接進(jìn)行曝光，必須經(jīng)過烘焙，使光刻膠中的溶劑蒸發(fā)。烘焙后的光刻膠仍然保持溶劑蒸發(fā)。烘焙后的光刻膠仍然保持“軟軟”狀態(tài)。狀態(tài)。但和晶園的粘結(jié)更加牢固。但和晶園的粘結(jié)更加牢固。 目的目的:去除光刻膠中的溶劑。去除光刻膠中的溶劑。 蒸發(fā)溶劑的原因：蒸發(fā)溶劑的原因： 1 1）溶劑吸收光，干擾了曝光中聚合物的化學(xué)反應(yīng)。）溶劑吸收光，干擾了曝光中聚合物的化學(xué)反應(yīng)。 2 2）蒸發(fā)溶劑增強(qiáng)光刻膠

62、和晶圓的粘附力。）蒸發(fā)溶劑增強(qiáng)光刻膠和晶圓的粘附力。 溫度在溫度在90100 在熱板上加熱在熱板上加熱時(shí)間時(shí)間30秒秒然后在冷板上降溫然后在冷板上降溫 時(shí)間和溫度時(shí)間和溫度是軟烘焙的參數(shù)，是軟烘焙的參數(shù)， 不完全的烘焙不完全的烘焙在曝光過程中在曝光過程中造成圖像形成不造成圖像形成不完整和完整和在刻蝕過程中造成多余的在刻蝕過程中造成多余的光刻膠漂移；光刻膠漂移； 過分烘焙過分烘焙會(huì)造成光刻膠中的會(huì)造成光刻膠中的聚合物產(chǎn)生聚合聚合物產(chǎn)生聚合反應(yīng)，反應(yīng)，并且不與曝光射線反應(yīng)并且不與曝光射線反應(yīng)，影響曝光。，影響曝光。4.對(duì)準(zhǔn)和曝光對(duì)準(zhǔn)和曝光（Alignment） （Exposure ） 對(duì)準(zhǔn)是將掩膜

63、版與涂了膠的硅片上的正確位置對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)是將掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對(duì)準(zhǔn)。 曝光是對(duì)準(zhǔn)以后，將掩膜版和硅片曝光，曝光是對(duì)準(zhǔn)以后，將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。亮場掩膜亮場掩膜版：掩膜板的圖形是由不透光區(qū)域組成的。：掩膜板的圖形是由不透光區(qū)域組成的。暗場掩膜暗場掩膜版：掩膜板的圖形是由透光區(qū)域組成的。：掩膜板的圖形是由透光區(qū)域組成的。 對(duì)準(zhǔn)和曝光包括兩個(gè)系統(tǒng)：對(duì)準(zhǔn)和曝光包括兩個(gè)系統(tǒng)： 一個(gè)是要把圖形在晶園表面上準(zhǔn)確定位的一個(gè)是要把圖形在晶園表面上準(zhǔn)確定位的對(duì)準(zhǔn)系對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)統(tǒng)（不同的對(duì)準(zhǔn)機(jī)類型的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)各不相同）；（不同的對(duì)準(zhǔn)機(jī)類型的對(duì)準(zhǔn)系

64、統(tǒng)各不相同）； 另一個(gè)是另一個(gè)是曝光系統(tǒng)曝光系統(tǒng)（包括一個(gè)曝光光源和一個(gè)將（包括一個(gè)曝光光源和一個(gè)將輻射光線導(dǎo)向到晶園表面上的機(jī)械裝置）。輻射光線導(dǎo)向到晶園表面上的機(jī)械裝置）。 對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)：對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)：對(duì)準(zhǔn)機(jī)的性能指標(biāo)對(duì)準(zhǔn)機(jī)的性能指標(biāo) 分辨率：分辨率：機(jī)器產(chǎn)生特定尺寸的能力，機(jī)器產(chǎn)生特定尺寸的能力， 分辨率越分辨率越 高越好，機(jī)器的性能越好。高越好，機(jī)器的性能越好。 套準(zhǔn)能力：套準(zhǔn)能力：圖形準(zhǔn)確定位的能力圖形準(zhǔn)確定位的能力 曝光系統(tǒng)曝光系統(tǒng) 最初曝光設(shè)備是接觸式光刻機(jī)和接近式光刻最初曝光設(shè)備是接觸式光刻機(jī)和接近式光刻機(jī)，現(xiàn)在基本上不再使用機(jī)，現(xiàn)在基本上不再使用.而今，光刻機(jī)已發(fā)展成而今，光刻機(jī)已發(fā)

65、展成兩大類型，即兩大類型，即光學(xué)光刻機(jī)和非光學(xué)光刻機(jī)，光學(xué)光刻機(jī)和非光學(xué)光刻機(jī)， 如圖所示。光學(xué)如圖所示。光學(xué) 光刻機(jī)采用紫外光刻機(jī)采用紫外 線作為光源，而線作為光源，而 非光學(xué)光刻機(jī)的非光學(xué)光刻機(jī)的 光源則來自電磁光源則來自電磁 光譜的其他成分光譜的其他成分。 光刻機(jī)的種類光學(xué)接觸式非光學(xué)X線射電子束接近式投影式步進(jìn)式一般要求：一般要求： 短波長、高強(qiáng)短波長、高強(qiáng)、高穩(wěn)定性、高穩(wěn)定性光源的產(chǎn)生：光源的產(chǎn)生： 高壓汞燈高壓汞燈 準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子激光器曝光光源曝光光源 普通光源光的波長范圍大，圖形邊緣普通光源光的波長范圍大，圖形邊緣衍射現(xiàn)象嚴(yán)衍射現(xiàn)象嚴(yán)重重，滿足不了特征尺寸的要求。，滿足不了特

66、征尺寸的要求。所以所以作為晶園生作為晶園生產(chǎn)用的曝光產(chǎn)用的曝光光源必須是光源必須是某一單一波長的光源某一單一波長的光源 最廣泛使用的曝光光源是最廣泛使用的曝光光源是高壓汞燈高壓汞燈，它所產(chǎn)生的，它所產(chǎn)生的光為紫外光（光為紫外光（UV），為獲得更高的清晰度，光刻，為獲得更高的清晰度，光刻膠被設(shè)計(jì)成只與汞燈光譜中很窄一段波長的光膠被設(shè)計(jì)成只與汞燈光譜中很窄一段波長的光（稱為（稱為深紫外區(qū)或深紫外區(qū)或DUV）反應(yīng)。反應(yīng)。 除自之外，現(xiàn)今用的光源還有：除自之外，現(xiàn)今用的光源還有：準(zhǔn)分子激光準(zhǔn)分子激光器、器、X射線和電子束射線和電子束。下一代光源下一代光源 超超UV(EUV:extreme ultraviolet)光刻光刻 X-Ray光刻光刻 電子束電子束(Ebeam)光刻光刻 離子束離子束(Ionbeam)曝光方法曝光方法 由于由于曝光光源曝光光源的不同的不同, ,曝光分為曝光分為光學(xué)曝光光學(xué)曝光, ,X X射線曝射線曝光光, ,電子束曝光和離子束曝光電子束曝光和離子束曝光 在光學(xué)曝光中在光學(xué)曝光中, ,由于掩膜版的位置不同由于掩膜版的位置不同, ,又分為又分為接接觸式曝光觸式曝光, ,接近式