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使用光刻法形成接触孔和布线层的示例
光刻技术是一种特殊的照相制版技术。它利用掩模将电路图案从光刻胶转移到显影，然后蚀刻形成所需的电路图案。根据地点的不同，该项目也称为光刻项目、照片项目、光刻项目等。图案曝光中使用的缩小投影曝光装置（Steper）是半导体制造设备中最昂贵的，是一种超高精度的光学仪器。器件制造需要使用步进相机进行20到30次重复曝光，因此光刻是IC芯片制造过程的核心。
使用光刻法形成接触孔和布线层的示例
在半导体基板上形成绝缘膜。另外，在绝缘膜下方的半导体元件的一部分上预先形成扩散层。这个扩散层的作用是实现电接触，所以需要在绝缘膜上开孔。这是接触孔图案。为此，需要在形成的绝缘膜上涂敷称为光致抗蚀剂的感光性树脂。一般光刻胶膜的厚度为0.51m，采用旋涂的方式进行涂覆。在约100下对膜层进行热处理，以挥发光刻胶中的有机溶剂。此后，使用紫外光将掩模图案投影到光刻胶上，从而在光刻胶中形成掩模图案的潜像。这里，作为接触孔图案，钻出对应于期望位置的孔。然后曝光后对硬膜进行烘烤。烘烤温度一般为100~150。此后，使用显影剂进行显影处理。
正性光刻胶和负性光刻胶的比较正性光刻胶和负性光刻胶的比较
光刻胶材料有两种类型：正型和负型。在前者中，暴露于掩模图案的透光部分的光致抗蚀剂溶解在显影剂中，而在后者中，暴露于掩模图案的透光部分的光致抗蚀剂不溶解在显影剂中。通过结合掩模图案的明暗度和光刻胶的类型可以获得所需的图案。工业上常用正性光刻胶。
曝光、开发：
在光刻曝光过程中，首先必须将感光树脂光刻胶均匀地涂覆在硅片表面。涂装操作需要在涂装机（Coating）中进行。在涂胶机中，将硅片固定在旋转的抛胶台上，抽真空，液体光刻胶从上喷嘴滴到硅片表面中心。由于硅片的高速旋转，表面形成了均匀的图案。光刻胶膜。光刻胶的灵敏度对温度和湿度非常敏感。超净工作室中进行光刻胶操作的区域必须用特殊的橙色光照射，并且要特别注意控制温度和湿度。
涂有光刻胶的硅片必须安装在称为步进机和重复曝光机的曝光设备中以复制掩模图案。对于不同光源的光，采用不同的透镜系统，通常使用实际图案尺寸5倍的掩模进行微投影。首先，将芯片曝光，然后通过分步重复，扫描整个硅晶圆。
决定步进曝光机和重复曝光机性能的两个主要因素是光的波长和镜头的数值孔径(NA)。换句话说，能够稳定地形成多精细的图案取决于这两个因素。为了获得更高的分辨率，需要使用波长较短的光和数值孔径较大的透镜。但同时，景深也会变浅。由于元件表面非常凹凸不平，如果焦深太浅，芯片内部的图像就会不真实，难以形成精细图案。因此，为了实现图案的小型化，必须同时对元件表面进行平坦化处理。
曝光后的硅片在PEB（曝光后烘烤）之后进行显影（也称为阶段显影）过程。当光刻胶用g线和i线曝光时，由于驻波的影响，光刻胶图案的边缘会变得微锯齿状。上述PEB处理的目的之一就是消除这种微小缺陷。对于准分子激光光刻胶来说，另一个目的是通过催化反应加速酸的产生。显影应在显影液中进行，将强碱性显影液TMAH[N(CH3)4OH]滴或喷在硅片上。
g线光刻胶、i线光刻胶和准分子激光光刻胶在显影过程中利用的光化学反应有所不同，但最重要的是，以“正性光刻胶”为例，用光照射部分光刻胶。抗蚀剂在碱溶液的作用下发生化学反应，导致化学结构发生变化，然后溶解在显影液中。没有被光照射的部分的光刻胶图案不会改变并保留下来。显影后的硅片必须在烘箱中进行热处理，以蒸发光刻胶中残留的冲洗液和水，增加光刻胶的热稳定性。之后，被送至干法蚀刻工序。
光刻工程：
它首先在基板上涂覆光刻胶，然后进行曝光、显影、蚀刻和去除使用过的光刻胶等一系列步骤。整个工艺流程分为前半部分和后半部分。前半部分是电路图形转移到光刻胶薄膜上，即对光刻胶进行加工的过程；后半部分是利用光刻胶图案来加工基膜。加工过程。该工艺的后半部分包括蚀刻和光刻胶去除。
电路图案是利用曝光装置通过光刻掩模选择性地将紫外光照射到光刻胶上，利用光刻胶内部的光化学反应形成电路图案的潜像。通过对潜像进行显影，形成光致抗蚀剂图案。
现在的曝光装置从20世纪60年代才经历了多次技术革新，已经进入了缩小投影曝光装置（Steper）时代。随着图案微细化的推进，其性能也不断提高，使用的光源已进入紫外、远紫外、深紫外区域。Steper是光学设备制造商提供的半导体制造设备。它由照明系统、镜头系统、精密移动龙门架等组成，是一种高精度的设备。它是根据半导体制造技术路线图和明确的技术目标设定而开发的。半导体器件制造商几乎100%依赖Steper制造商。
光刻胶（光敏树脂）由化学品制造商提供。各个时代所使用的光刻胶对紫外线波长都有足够的敏感度（敏感度）。这是为了获得高图像分辨率的光聚合。物质发展的结果。对金属污染和颗粒混合的管理极其严格。无论是同一批次内还是不同批次之间，对同质性的要求都极其严格。它是一种精细化学产品。虽然光刻胶材料本身并不特殊，但其用于超大规模集成电路不仅要求极其严格，而且其价值也成倍增加。波长越短，附加值越高。
随着光源波长越来越短，对光刻胶性能的要求越来越严格，烘烤和显影条件也需要更高水平的管理。尤其是用于KrF和ArF光源光刻的“化学放大光刻胶”更应该受到关注。例如，烘烤时的温度管理需要比以前严格得多。
光刻工艺流程：
随着投影曝光装置（Steper）的光源波长变得更短（从g线到i线），光刻胶也在不断改进。即使使用准分子激光短波长光源，也已开发出用于KrF和ArF光源的光致抗蚀剂。然而，材料仍然不完美。
传统的正型光刻胶在吸收这些短波长光后也往往难以分解。相应地，化学放大光刻胶的概念最近引起了人们的关注，作为对应于KrF和ArF准分子激光器的光刻胶，已经在实际应用中迈出了坚实的步伐。
如果使用这种光刻胶，将有可能实现对短波长光的高灵敏度（灵敏度）图像分辨率。化学放大光刻胶在有机溶剂中含有产酸剂和溶解抑制剂，通过曝光产生酸。一旦加热，这种酸就会溶解抑制剂，使其分解成不溶于碱性显影剂的结构。该反应是使用酸的催化反应。
因此，控制催化剂的扩散非常重要。此外，对于化学增幅型光刻胶，在引起催化反应的烘烤（加热）过程中必须严格管理温度、环境气氛、时间等。为了将短波长紫外线照射情况下的光刻胶转化为上述化学放大型，对设备的要求不同于传统的严格管理条件。
在半导体设备领域，光刻机是芯片制造过程中的核心设备。荷兰ASML公司生产的EUV光刻机目前最高端型号的售价约为1.1亿美元。是生产芯片的核心设备！英特尔（美国硅谷）、台积电（中国台湾新竹）、三星（韩国首尔）等芯片巨头都依赖“芯片女王”ASML，但由于瓦森纳协议的封锁，销量禁止前往中国。因此，我们每年要花费2600亿美元来进口芯片。
硅片清洗、氧化、绝缘膜生长——光刻：
在LSI制造过程中，需要在晶圆上成膜并进行高温热处理。通常，在这些处理之前必须进行清洁，以去除表面污染物、杂质和其他异物。清洗工艺通常由“将晶圆浸入酸性溶液等中，溶解去除异物，用流动纯水冲洗，干燥去除水分”等一系列操作组成。其工艺路线很长，而且要重复多次。但却不可或缺。
在900左右的高温水蒸气环境下，硅与氧发生反应（热氧化），硅片表面生长出氧化硅膜（SiO2）。接下来，在高温下通过硅烷(SiH4)和氨(NH3)的CVD(化学气相沉积)反应在氧化物膜上生长氮化硅(Si3N4)膜。为了在硅晶片上形成图案，首先进行光刻(照相蚀刻)工艺。具体来说，需要以下步骤：
(1)将光刻胶(感光树脂)滴在硅片上，使硅片高速旋转，在其表面形成一层厚度均匀的光刻胶膜。
(2)将使用铬等遮光膜在透明石英玻璃基板上形成图案的光刻掩模(掩模或标线)安装在缩小投影曝光装置(Steper)上，并将光刻掩模与硅晶片对准（调整后）通过光刻掩模进行光刻曝光（照射），完成光刻掩模图案的转移。在LSI制造工艺中，晶体管的各个部分必须使用不同的掩模依次形成。因此，必须根据形成的图案对部件进行对准和曝光。而且，光刻掩模一次只能形成一个芯片部分的图案，需要一次一个芯片地重复（分步）曝光硅片表面，才能完成整个硅片的图案转移。
(3)当显影剂滴在光刻胶上时(显影处理)，受到激光照射的部分的光刻胶溶解在显影剂中，而没有受到激光照射的部分的光刻胶仍然不溶解，从而形成光刻。粘合图形。这里，以光致抗蚀剂图案溶解的光致抗蚀剂(正性光致抗蚀剂)为例。还有激光照射部分不溶于显影液的光致抗蚀剂（负性光致抗蚀剂）。
绝缘膜区域的蚀刻——栅极氧化膜的形成：
光刻胶在100固化后，以光刻胶为掩模，采用氟碳等离子气体干法刻蚀，依次去除氮化硅膜和氧化硅膜。
进一步使用卤化物气体等对硅衬底的硅进行干法刻蚀，形成浅沟槽隔离(ShallowTrenchIsolation，STI)。
STI对各三极管起到电气绝缘隔离的作用。干法蚀刻后，使用氧等离子体灰化去除光刻胶。另外，还有一种去除光刻胶的溶液法，俗称光刻胶剥离。晶圆在高温氧气中进行热氧化，在露出硅的STI内壁上生长一层薄薄的氧化硅薄膜。
利用硅烷气体和氧气的CVD方法，在晶圆表面生长一层厚的氧化硅薄膜，用于STI嵌入。使用CMP方法对氧化硅膜进行抛光和平坦化，使得STI沟槽部分地嵌入氧化硅膜中。
用热磷酸溶液对暴露在表面上的氮化硅膜进行湿法蚀刻后，进行光刻工艺。之后，用光致抗蚀剂覆盖形成n沟道MOS晶体管的部分。
将磷(P)离子注入到晶片中，在形成p沟道MOS晶体管的部分形成n阱(n型导电层的阱)。晶圆完全离子注入，但覆盖光刻胶的部分仅注入到光刻胶中，无法到达基板。这样，光刻胶就充当了离子注入的掩模。光刻胶剥离后，用氢氟酸湿法刻蚀晶圆表面的薄氧化膜，露出硅表面。
将晶圆在高温氧气气氛中进行热氧化，在表面形成氧化硅膜。它成为栅极氧化膜。由于栅极氧化膜是决定MOS晶体管性能的“寿命”，因此不使用离子注入氧化膜，而是在干净的状态下通过热氧化产生。
栅电极多晶硅生长——离子注入n沟道源漏：
CVD法是利用氮气中的硅烷气体热分解来生长多晶硅。n型导电杂质例如磷和砷在CVD生长期间添加到该多晶硅中，或者在生长后通过离子注入添加。使用光刻、蚀刻和光致抗蚀剂剥离对多晶硅进行图案化。这用作栅电极（多晶硅栅极）。
执行光刻工艺。用光刻胶覆盖p沟道部分后，注入磷离子，在n沟道部分形成低浓度浅n型导电区域（延伸）。此时，覆盖p沟道部分的光致抗蚀剂充当离子注入掩模。而且，n沟道栅极还充当离子注入掩模，因此离子不会直接注入栅极下方，并且n型导电区域通过自对准（自调整）相对于n沟道栅极定位。形式。
剥离光刻胶后，利用后续的光刻工艺在n沟道部分覆盖光刻胶，并在p沟道部分的低浓度浅p型导电区（延伸区）注入硼（B）离子相对到p沟道的轨道电极是通过自对准（自调整）来确定位置而形成的。