半导体光刻工艺技术基础

半导体光刻工艺技术基础芯硕半导体(中国)有限公司做世界一流产品创世界一流品牌Contents1.半导体技术2.光刻技术在IC制造中的作用3.光刻的工艺流程4.光刻胶5.光刻机6.光源7.技术改进和新技术一、半导体技术半导体定义半导体发展历史半导体定义常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。半导体的应用，按照其制造技术可以分为：集成电路（IC）器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类半导体发展历史1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低（负电阻率温度特性）。这是半导体现象的首次发现。1839年，法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压--光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。1911年考尼白格和维斯首次定义半导体这个名词。1947年12月由贝尔实验室完成四特性的总结并最终应用。二、光刻技术在IC制造中的作用何谓集成电路ICIC芯片剖面图单层制造流程简述光刻设备在IC制造中的作用何谓IC---集成电路IC:用硅的体电阻做电阻，用P-N结形成电容；所有有源和无源器件器件都集合到一个半导体材料上。1958年9月，TI公司的JackS.Kilby第一次将所有元器件（12个元件）都集合到一个的半导体材料上,产生第一块集成电路。2000年度荣获诺贝尔物理学奖。现在，超大规模集成电路，一个芯片可以容纳百万个元件。IC芯片剖面图（多层）N-WellP-WellP+P+N+N+IMD1IMD2M2M1V1MTPAOXPASIONVIAALPadLocal(‘’Nano’’realm)IntermediateGlobalLithoKeylayers:STI、POLY、C.H.、M1图:一个CMOS器件的剖面示意图。光刻设备在IC制造中的作用----IC电路单层制造流程简介在wafer（晶圆）预检侧完毕被送到FAB的工艺线上后，先后在wafer表面生长出一层致密的SiO2膜和另外一层Si3N4膜，分别称为PADOxide和Nitride。NitridePADOxideSTI:shallowtrenchisolate浅沟槽隔离工艺光刻设备在IC制造中的作用----IC电路单层制造流程简介NitridePRPADOxide然后在两层膜的表面甩上光阻、曝光、显影，进而在wafer表面形成光阻的电路图形。光刻设备在IC制造中的作用----IC电路单层制造流程简介NitridePRPADOxide随后进入光阻图形转换至晶圆表面阶段：通过各种刻蚀工艺转换图形至晶圆表面。最后，将作为遮挡层的光阻（PR）剥离。到此第一层工艺完成。黃光薄膜刻蚀植入光阻去除流程说明图释薄膜(Thin_film)1.化学气相沉积(CVD)2.金屬溅镀(PVD)3.扩散(Diffusion)黃光(PHOTO)1.光罩(MASK)2.光阻(Coater)3.曝光(Exposure)4.显影(Development)刻蚀(ETCH)1.湿蚀刻(Wet-ETCH)2.干蚀刻(DRY-ETCH)光阻去除(PRremove)将光阻去除后就是我們所需的图形(PATTERN)FILMWaferWaferFILMWafer光阻FILMWafer光阻FILMWafer光罩光刻设备在IC制造中的作用----IC电路单层制造流程简介25~45次litho65nm,45层光刻决定CD光刻设备在IC制造中的作用由POLY工艺：-集成电路的最小线宽决定于光刻设备的分辨率。它定义了半导体器件尺寸。-光刻设备是IC制造中的核心设备。。。。Diffusiondepositionimplantetchingplating三、光刻的工艺流程1.光刻工艺2.光刻关键参数光刻工艺StandardLithoProcessWaferFlow(1)光刻工艺流程StandardLithoProcessWaferFlow(2)PRDeveloping52sPuddle,45sRinseHardBake110ºC60SCooling23ºCSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmEtchingSiBaseIMD+++++++e-e-e-e-e-IonPlasmaSiBaseIMDFilmSiBaseIMDFilmCDMeasurementCDCuCuIMD1SiBaseIMD2PRPROVLMeasurementADIinspection光刻工艺流程请大家思考两个问题：1国贸高楼，建筑师建造之的难度和关键点；2给你的朋友照像时，如何才能留下那美好的一瞬间，永久回忆？光刻关键参数Answer：1国贸高楼对准和线宽控制；2照像1）光线；2）好的底片；3）好的相机；4）失真？5）本人天生面目？光刻关键参数•Fordesignrule:–Resolution–LightSource–DepthofFocus(DOF)–Linearity–Line-edgeRoughness–CDUniformity–Overlay–AspectRatio–Resistfilmloss–CDuniformity–EtchSelectivityMicro-lithographyKeyparameterPRSiONFSGLSPitch=L+SLithoEquipmentSiNLithoChemistry光刻关键参数CD（CriticalDimension）:LineWidth,SpaceWidthorHoleDiameterofspecifieddesignedpatterntomonitorphotoprocessconditionandresolutioncapability.光刻关键参数Overlay光刻关键参数TwoCriterions:CDv.s.Overlay光刻关键参数四、光刻胶1.光刻胶的组分2.光刻胶的种类3.光刻胶特性概要光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶特性概要五、光刻机1.概述2.接近式光刻机3.接触式光刻机4.步进式光刻机5.扫描式光刻机6.相关光学专题概述接触式光刻机接近式光刻机步进式光刻机相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题六、光源1.光源要求2.光谱及光刻机光源3.下一代光源光源要求光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源下一代光源七、技术改进和新技术1.概述2.OPC3.浸没式光刻4.NGL概述OPCOPCOPCOPC浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）Thanks！