芯片制造光刻步骤详解

芯片前道制造可以划分为七个环节，即沉积、涂胶、光刻、去胶、烘烤、刻蚀、离子注入。主要工艺可分为沉积、光刻、刻蚀、离子注入。根据公开资料， 光刻耗时环节占晶圆制造全流程的40%到50%。光刻工艺成本占芯片生成成本的30% 。

光刻步骤

沉积工艺后，在硅片或晶圆上形成了一层薄膜，下一步就是光刻。 光刻所用到的工具主要是光掩膜，***还有光刻胶 。

光掩模是芯片的蓝图，是一张刻有集成电路版图的玻璃遮光板。光刻胶别称光致抗蚀剂，在光刻工艺中用作抗腐蚀涂层材料，也是把光影化为现实的一种胶体。

***又名掩膜对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片（或晶圆）上。

光刻原理类似于日常使用相机进行拍摄。光刻胶类似于相机胶片的感光材料，能将镜头所对准的影像转移到塑胶底片上并最终在相纸上显现出来。一般的光刻工艺主要经历以下流程，

1.旋涂光刻胶，使光刻胶均匀分布在衬底表面。

2.软烘使溶剂从光刻胶中挥发出来。从而提高光刻胶衬底上的附着性。

3.曝光，光刻胶中的感光剂会发生光化学反应。被照射区域化学成分发生变 化 。

4.显影正光刻胶的感光区，负光刻胶的非感光区，会溶解于显影液中，以形成图形 。

5.后烘可以除去光刻胶中剩余的溶剂。增强光刻胶对硅片表面的附着力 。

光刻胶

光刻胶（photoresist）是一类对辐照敏感，由碳、氢、氧等元素组成的有机高分子化合物 。在其中含有一种可以由特定波长的光引发化学反应的感光剂（PAC：Photoactive compound）。光刻胶对黄光不感光，所以半导体光刻工艺车间都使用黄光照明。

按照曝光后化学反应原理和溶解度变化分类，光刻胶可以分为正性光刻胶和负性光刻胶。（如下图所示，UV辐射下，正胶和负胶留下的图形并不相同）

光刻胶在经过曝光后， 正性光刻胶被曝光区域可溶于显影液，留下的光刻胶薄膜的图形与掩膜版相同 。正胶通常含有三种主要成分，酚醛树脂，感光剂和有机溶剂。曝光前的光刻胶基本上不溶于显影液。

在曝光时，正胶因为吸收光能而导致化学结构发生变化（如下图所示，正胶发生断链），在显影液中的溶解度比曝光前高出很多（约100倍）。显影后，感光部分光刻胶被溶解去除。

负性光刻胶被曝光区域不溶于显影液，所形成的图像与掩膜版相反 。负胶是一种含有感光剂的聚合物。曝光时，感光剂将吸收的光能转变为化学能而引起链反应，聚合物分子间发生交联（如下图所示），形成不溶于显影液的高分子交联聚合物。显影后，未感光部分的光刻胶被去除。

总结

光刻的原理比较简单，但是在实际集成电路制造方面比较繁琐。随着制程工艺进一步缩小，从早期的2um以上，到现在的7nm以下，以及最新的Intel 20A技术路线图，对光刻的要求也越来越高。