半導(dǎo)體光刻的工藝過(guò)程（1）

半導(dǎo)體光刻（光刻） - 基本過(guò)程

集成電路(IC)的制造需要在半導(dǎo)體(例如，硅)襯底上執(zhí)行的各種物理和化學(xué)過(guò)程。通常，用于制造 IC 的各種工藝分為三類：薄膜沉積、圖案化和半導(dǎo)體摻雜。導(dǎo)體（例如多晶硅、鋁和最近的銅）和絕緣體（各種形式的二氧化硅、氮化硅等）的薄膜用于連接和隔離晶體管及其組件。硅的各個(gè)區(qū)域的選擇性摻雜允許硅的導(dǎo)電性隨著電壓的施加而改變。通過(guò)創(chuàng)建這些不同組件的結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)建數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管并將其連接在一起以形成現(xiàn)代微電子設(shè)備的復(fù)雜電路。

lithography 這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)lithos，意思是石頭，以及graphia，意思是書(shū)寫(xiě)。字面意思是寫(xiě)在石頭上。在半導(dǎo)體光刻（也稱為光刻）的情況下，我們的石頭是硅晶片，我們的圖案是用一種稱為光刻膠的光敏聚合物寫(xiě)成的。為了構(gòu)建構(gòu)成晶體管的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和連接電路中數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶體管的多條導(dǎo)線，光刻和蝕刻圖案轉(zhuǎn)移步驟至少要重復(fù) 10 次，但更常見(jiàn)的是要制作 20 到 30 次才能制作一個(gè)電路.?印刷在晶片上的每個(gè)圖案都與先前形成的圖案對(duì)齊，然后慢慢地構(gòu)建導(dǎo)體、絕緣體和選擇性摻雜區(qū)域以形成最終器件。

可以通過(guò)兩種方式理解光刻的重要性。首先，由于 IC 制造需要大量光刻步驟，光刻通常占制造成本的 30% 左右。其次，光刻往往成為進(jìn)一步縮小特征尺寸、從而降低晶體管速度和硅面積的技術(shù)限制。顯然，在開(kāi)發(fā)光刻工藝時(shí)，必須仔細(xì)理解成本和能力之間的權(quán)衡。盡管光刻肯定不是 IC 制造流程中唯一具有技術(shù)重要性和挑戰(zhàn)性的工藝，但從歷史上看，光刻技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)限制了 IC 成本和性能的進(jìn)步。

光學(xué)平版印刷術(shù)基本上是一種照相工藝，通過(guò)該工藝，一種稱為光刻膠的光敏聚合物被曝光和顯影，以在基材上形成三維浮雕圖像。通常，理想的光刻膠圖像在基板平面上具有設(shè)計(jì)或預(yù)期圖案的精確形狀，并且具有貫穿抗蝕劑厚度的垂直壁。因此，最終的抗蝕劑圖案是二元的：基板的一部分被抗蝕劑覆蓋，而其他部分則完全未被覆蓋。圖案轉(zhuǎn)移需要這種二元圖案，因?yàn)楦采w有抗蝕劑的基板部分將受到保護(hù)，免受蝕刻、離子注入或其他圖案轉(zhuǎn)移機(jī)制的影響。

典型光刻工藝的處理步驟的一般順序如下：襯底制備、光刻膠旋涂、預(yù)烘烤、曝光、曝光后烘烤、顯影和后烘烤。抗蝕劑剝離是光刻工藝中的最終操作，在抗蝕劑圖案已轉(zhuǎn)移到下層之后。這個(gè)序列如圖 1-1 所示，通常是在幾個(gè)連接在一起的工具上執(zhí)行的，這些工具被稱為光刻集群。下面簡(jiǎn)要討論每個(gè)步驟，指出光刻膠處理中涉及的一些實(shí)際問(wèn)題。有關(guān)這些主題的更多信息將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)討論。

基材制備旨在提高光刻膠材料對(duì)基材的附著力。這是通過(guò)以下一種或多種工藝完成的：基材清潔以去除污染物，脫水烘烤以去除水分，以及添加粘合促進(jìn)劑?；奈廴究梢圆捎梦⒘；虮∧さ男问?，可以是有機(jī)的或無(wú)機(jī)的。微粒會(huì)導(dǎo)致最終抗蝕劑圖案出現(xiàn)缺陷，而薄膜污染會(huì)導(dǎo)致附著力差和隨后的線寬控制損失。微粒通常來(lái)自空氣中的微?；蚴芪廴镜囊后w（例如，臟的助粘劑）?？刂莆⒘Ｎ廴镜淖钣行Х椒ㄊ窍鼈兊膩?lái)源。由于這并不總是可行的，因此使用化學(xué)/機(jī)械清潔來(lái)去除顆粒。有機(jī)薄膜，例如油或聚合物，可能來(lái)自真空泵和其他機(jī)械、人體油脂和汗水，以及先前加工步驟留下的各種聚合物沉積物。這些薄膜通?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)、臭氧或等離子體剝離來(lái)去除。類似地，無(wú)機(jī)薄膜，如天然氧化物和鹽，可以通過(guò)化學(xué)或等離子剝離去除。一種類型的污染物——吸附水——最容易通過(guò)高溫過(guò)程去除，稱為脫水烘烤。

脫水烘烤，顧名思義，是通過(guò)在 200°C 至 400°C 的溫度下烘烤（通常持續(xù) 30 至 60 分鐘）來(lái)去除基材表面的水分。然后讓基材冷卻（優(yōu)選在干燥環(huán)境中）并盡快涂覆。需要注意的是，如果將水置于潮濕（非干燥）環(huán)境中，水會(huì)重新吸附在基材表面上。脫水烘烤還可有效揮發(fā)有機(jī)污染物，進(jìn)一步清潔基材。通常，處理步驟的正常順序包括緊接在用光刻膠涂覆之前的某種類型的高溫工藝，例如熱氧化。如果在高溫步驟后立即涂覆基材，則可以消除脫水烘烤。然而，典型的脫水烘烤，不能完全去除二氧化硅基材（包括硅、多晶硅、氧化硅和氮化硅）表面的水分。表面硅原子與形成硅烷醇基團(tuán) (SiOH) 的單層水緊密結(jié)合。需要超過(guò) 600°C 的烘烤溫度才能去除這最后一層水 [1.1]。此外，當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。當(dāng)基材在非干燥環(huán)境中冷卻時(shí)，硅烷醇會(huì)迅速重新形成。由于這種方法不切實(shí)際，因此去除這種硅烷醇的優(yōu)選方法是通過(guò)化學(xué)方法。
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審核編輯：湯梓紅