光刻工艺

时间:2024-06-15 03:25:05编辑:分享君

光刻工艺的流程有哪些?

光刻工艺是利用类似照相制版的原理,在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光和紫外光线把电路图案投影“印刷”到覆有感光材料的硅晶片表面,再经过蚀刻工艺去除无用部分,所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶等。光刻是制作半导体器件和集成电路的关键工艺。自20世纪60年代以来,都是用带有图形的掩膜覆盖在被加工的半导体芯片表面,制作出半导体器件的不同工作区。随着集成电路所包含的器件越来越多,要求单个器件尺寸及其间隔越来越小,所以常以光刻所能分辨的最小线条宽度来标志集成电路的工艺水平。国际上较先进的集成电路生产线是1微米线,即光刻的分辨线宽为1微米。日本两家公司成功地应用加速器所产生的同步辐射X射线进行投影式光刻,制成了线宽为0.1微米的微细布线,使光刻技术达到新的水平。

光刻机怎么制作(最好提供图文)?

第一步:制作光刻掩膜版(Mask Reticle)芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后,就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上,供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。光刻掩膜版:(又称光罩,简称掩膜版),是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构,再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。(*百度百科)将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上光刻掩膜版的立体切片示意图第二步:晶圆覆膜准备从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅,这里不再赘述。将准备好的晶圆(Wafer)扔进光刻机之前,一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜,如使用二氧化硅(覆化)作为光导纤维,便于后续的光刻流程:第三步:在晶圆上“光刻”电路流程使用阿斯麦的“大杀器”,将紫外(或极紫外)光通过蔡司的镜片,照在前面准备好的集成电路掩膜版上,将设计师绘制好的“电路图”曝光(光刻)在晶圆上。(见动图):上述动图的工作切片层级关系如下:光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化,一般使用显影液将曝光部分祛除而被光阻覆盖部分以外的氧化膜,则需要通过与气体反应祛除通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后,通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作,进而完成半导体元件的全部建设。做到这里可不算大功告成,这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中,普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构,晶体管、绝缘层、布线层等等:搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路,需要多层结构因此,在完成一层光刻流程之后,需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖,然后重新涂上光阻,烧制下一层电路结构:多次重复上述操作之后,芯片的多层结构搭建完毕(下图):如果上图看的不太明白,可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图:当然,我们可以通过高倍显微镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况:第四步:切蛋糕(晶圆切割)使用光刻机烧制完毕的晶圆,包含多个芯片(Die),通过一系列检测之后,将健康的个体们切割出来:从晶圆上将一个个“小方块”(芯片)切割出来第五步:芯片封装将切割后的芯片焊


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半导体光刻工艺之刻蚀——湿法腐蚀

在湿法腐蚀的过程中,通过使用特定的熔液与需要腐蚀的薄膜材料进行化学反应,进而除去没有被光刻胶覆盖区域的薄膜。

湿法腐蚀的优点是工艺简单,但是在湿法腐蚀中所进行的化学反应没有特定方向,所以会形成各向同性的腐蚀效果。各向同性是湿法腐蚀固有的特点,也可以说是湿法腐蚀的缺点。湿法腐蚀通常还会使位于光刻胶边缘下边的薄膜也被腐蚀,这也会使腐蚀后的线条宽度难以控制,选择合适的腐蚀速度,可以减小对光刻胶边缘下边薄膜的腐蚀。

在进行湿法腐蚀的过程中,熔液里的反应剂与被腐蚀薄膜的表面分子发生化学反应,生成各种反应产物。这些反应产物应该是气体,或者是能溶于腐蚀液中的物质。这样,这些反应产物就不会再沉积到被腐蚀的薄膜上。控制湿法腐蚀的主要参数包括:腐蚀溶液的浓度、腐蚀的时间、反应温度以及溶液的搅拌方式等。由于湿法腐蚀是通过化学反应实现的,所以腐蚀液的浓度越高,或者反应温度越高,薄膜被腐蚀的速率也就越快。此外,湿法腐蚀跌反应通常会伴有放热和放气。反应放热会造成局部反应温度的升高,使反应速度加快;反应速率加快又会加剧反应放热,使腐蚀反应处于不受控制的恶性循环中,其结果将导致腐蚀的图形不能满足要求。反应放气产生的气泡会隔绝局部的薄膜与腐蚀的接触,造成局部的反应停止,形成局部的缺陷。因此,在湿法腐蚀中需要进行搅拌。此外,适当的搅拌(例如使用超声波震荡),还可以在一定程度上减轻对光刻胶下方薄膜的腐蚀。

目前常用的湿法腐蚀的材料包括:Si,SiO2和Si2N4等,下面我们将对此进行简要讨论。

一、Si的湿法腐蚀

在湿法腐蚀Si的各种方法中,大多数都是采用强氧化剂对Si进行氧化,然后利用HF酸与SiO2反应来去除SiO2,从而达到对硅的腐蚀目的。最常用的腐蚀溶剂是硝酸与氢氟酸和水(或醋酸)的混合液,化学反应方程式为

Si+HNO3+6HF——H2SiF4+HNO2+H2O+H2

其中,反应生成的H2SiF4可溶于水。在腐蚀液中,水是作为稀释剂,但最好用醋酸(CH3COOH),因为醋酸可以抑制硝酸的分解,从而使硝酸的浓度维持在较高的水平。对于HF-HNO3混合的腐蚀液,当HF的浓度高而HNO3的浓度低时,Si膜腐蚀的速率由HNO3浓度决定(即Si的腐蚀速率基本上与HF浓度无关),因为这时有足量的HF去溶解反应中生成的SiO2.当HF的浓度低而HNO3浓度高时,Si腐蚀的速率取决于HF的浓度(即取决于HF溶解反应生成的SiO2的能力)。

对Si的湿法腐蚀还可以用KOH的水溶液与异丙醇(IPA)相混合来进行。对于金刚石或闪锌矿结构,(111)面的原子比(100)面排的更密,因而(111)面的腐蚀速度应该比(100)面的腐蚀速率小。 采用SiO2层作为掩膜对(100)晶向的硅表面进行腐蚀,可以得到V形的沟槽结构。如果SiO2上的图形窗口足够大,或者腐蚀的时间比较短,可以形成U形的沟槽。如果被腐蚀的是(110)晶向的硅片,则会形成基本为直壁的沟槽,沟槽的侧壁为(111)面。这样就可以利用腐蚀速率对晶体取向的依赖关系制得尺寸为亚微米的器件结构。不过,这种湿法腐蚀的方法大多采用在微机械元件的制造上,在传统的集成电路工艺中并不多见。

二、SiO2的湿法腐蚀

SiO2的湿法腐蚀可以使用氢氟酸(HF)作为腐蚀剂,其反应方程式为:

SiO2+6HF——SiF4+2H2O+H2

在上述的反应过程中,HF不断被消耗,因此反应速率随时间的增加而降低。为了避免这种现象的发生,通常在腐蚀液中加入一定的氟化氨作为缓冲剂(形成的腐蚀液称为BHF)。氟化氨分解反应产生HF,从而维持HF的浓度。NH4F分解反应方程式为

NH4F——NH3+HF

分解反应产生的NH3以气态被排除掉。

在集成电路工艺中,除了需要对热氧化和CVD等方式得到的SiO2进行腐蚀外,还需要对磷硅玻璃(简称PSG)和硼磷硅玻璃(简称BPSG)等进行腐蚀。因为这些二氧化硅层的组成成分并不完全相同,所以HF对这些SiO2的腐蚀速率也就不完全一样。基本上以热氧化方式生成的二氧化硅层的腐蚀速率最慢。

三、Si3N4的湿法腐蚀

Si3N4也是一种常用湿法腐蚀的材料。Si3N4可以使用加热的磷酸(130-150度的H3PO4)来进行腐蚀。磷酸对Si3N4的腐蚀速率通常大于对SiO2的腐蚀速率。


自然科学和理工学科有什么区别?

理工有别,而且很明显: 理科是自然科学的理论研究;工科是自然科学在工程的应用。一个纯理论,一个面向应用。北京大学的理科全国第一,而清华大学的工科全国第一。 物理、化学、数学等研究理论的属于理科主要学习应用技术的属于工科,比如:土木工程、机械工程等比较特殊的是,计算机专业内部也分为理科方向和工科方向,理科方向也叫计算机科学,主要研究算法复杂度、程序设计语言原理、数据挖掘、形式语言与自动机理论、计算机体系结构;工科方向也叫计算机技术,主要研究图形图像处理、软件工程、软件体系结构、操作系统、数据库等等。。 人们总把理工合到一起说,是为了与文、农、医相区别。文、理、工、农、医是高校的五大重要基础领域。。


光刻曝光技术的主要流程及每个步骤的意义

光刻工艺主要步骤
1. 基片前处理
为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴,形成平滑且结合得很好的膜,必须进行表面准备,保持表面干燥且干净,

2. 涂光刻胶
涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的,并且没有缺陷的光刻胶膜。

3. 前烘(软烘焙)
前烘的目的是去除胶层内的溶剂,提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力。

4. 对准和曝光(A&E)
保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准,以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成。所以,涂好光刻胶后,第一步是把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准。第二步是通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上。

5. 显影
显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上。

6. 后烘(坚膜)
经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀,胶膜与硅片表面粘附力下降。为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行,使光刻胶和晶圆表面更好地粘结,必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶。

7. 刻蚀
刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺,主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面。

8. 去除光刻胶
刻蚀之后,图案成为晶圆最表层永久的一部分。作为刻蚀阻挡层的光刻胶层不再需要了,必须从表面去掉。


影响集成电路制程精度的因素有哪些?

影响集成电路制程精度的因素:1、设计流程建设、执行与文档模板建立、文档质量监控。2、设计方法学的持续完善,设计工具的持续进步。3、设计人员产品意识的提升产品的品质,是设计出来的。IC设计的结果,不是GDS,而是一颗颗在客户生产线上的电子元器件。必须在设计之初就考虑产品在整个寿命周期内将要遇到的所有环节,包括流片、CP、减薄、切割、封装、成测、焊接以及最终的整机产品的运输环境、使用环境。4、IC设计人员参与的基于数据分析的全流程质量监控。


现阶段集成电路工艺都受到哪些因素的限制?未来都有哪些新技术、新材料能用于制造集成电路?

现在IC工艺已经进入纳米阶段,要进一步缩小尺寸,一方面是光刻的光波长需要减短(不能用紫外光了,需要采用电子束、离子束或者x射线等),另一方面是晶体管的物理效应(短沟道效应、热电子效应等)需要克服(可采用高K绝缘材料等技术来缓和)。
新型半导体材料和技术:SiGe合金半导体,应变半导体,化合物半导体等;量子效应的利用等。


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