半导体四大工艺(一)光刻

作者:半导体俱乐部 来源:公众号 时间:2025-07-11
光刻技术使用的光源对图形精度有直接的影响,光源类型一般有紫外深紫外X射线以及电子束等,它们对应的图形精度按上述顺序依次提升

常见的加工工艺有四种类型,分别是图形化技术(光刻)、掺杂技术、镀膜技术和刻蚀技术。具体工艺包括光刻(lithography)、离子注入(ion implantation)、快速退火(rapid thermal process,RTP),等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)、溅射(sputtering)、干法刻蚀和湿法腐蚀等。

一、图形化技术(光刻)

图形化技术一般指光刻工艺,它是半导体技术得以迅猛发展的最重要推力之一,起始于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术让人们得以在微纳尺寸上通过光刻胶呈现任何图形,并与其它工艺技术结合后将图形转移至材料上,实现人们对半导体材料与器件的各种设计和构想。光刻技术使用的光源对图形精度有直接的影响,光源类型一般有紫外、深紫外、X射线以及电子束等,它们对应的图形精度按上述顺序依次提升。标准的光刻工艺流程包括表面处理、匀胶、前烘、曝光、曝光后烘烤、显影、坚膜和检查等步骤。

基片表面通常会吸附空气中的H2O分子,这对光刻效果很不利,所以首先需要对基片进行脱水处理,这就是烘烤。对于表面为亲水性的基片,它们与疏水的光刻胶之间的附着力不足,这样会引发光刻胶脱落或图形移位等问题,所以需要在表面涂一层增黏剂。目前应用较多的增黏剂是六甲基乙硅氮烷(hexa-methyl-disilazane,HMDS)与三甲基甲硅烷基二乙胺(tri-methyl-silyl-diethyl-amine, TMSDEA)。

表面处理完成后,开始匀涂光刻胶。匀胶后的光刻胶厚度除了与光刻胶本身的黏性有关外,还受匀胶时所采用的转速影响,一般可粗略地认为,光刻胶厚度与转速的平方根成反比。匀胶结束后,需要通过烘烤使光刻胶的溶剂挥发出来,这样可以进一步提高光刻胶的黏附力,该过程即前烘。

上述步骤一切就绪后,就来到了曝光环节。光刻胶有正胶和负胶之分,两者曝光后的性质恰好相反。以正胶举例,未经曝光的光刻胶不溶于显影液,曝光后则易溶于显影液。曝光时,光源透过有图形的掩膜版照射到匀胶后的基片上,使光刻胶图形化受光。通常情况下,在曝光前需将基片与掩膜版对准,以精准控制曝光位置。曝光时长须严格把握,过长或过短都会导致图形失真。曝光后,有时需要再烘烤一下基片,以消除驻波的影响,但这一步骤不是必须的,可跳过它直接进行显影。

将基片放于显影液中令曝光的光刻胶溶解的过程就是显影,目的是把掩膜版上的图形准确地复

制到光刻胶上。显影时长也须严格把握,时间太短显影不彻底,太长则图形失真。

接下来是坚膜,通过进一步的烘烤使光刻胶薄膜更牢固地黏附在基片表面,还可增加胶膜的抗刻蚀能力,坚膜温度一般略高于前烘温度,最后利用显微镜检查图形是否符合预期.。

经过其它工艺将图形转移至材料上后,光刻胶便完成它的使命,需要将其去掉。去胶有湿法和干法两种,前者利用溶解能力强的有机溶剂(一般采用丙酮)将胶膜溶解,后者利用氧等离子体将胶膜刻蚀去除。

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