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中國光刻膠領域取得新突破！首次合成分辨率優(yōu)于5nm的微觀三維“全景照片”

2025-10-30 08:52 來源：科技日報

近日消息,我國光刻膠領域取得新突破!

據(jù)科技日報報道,近日,北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊及合作者通過冷凍電子斷層掃描技術,首次在原位狀態(tài)下解析了光刻膠分子在液相環(huán)境中的微觀三維結(jié)構(gòu)、界面分布與纏結(jié)行為,指導開發(fā)出可顯著減少光刻缺陷的產(chǎn)業(yè)化方案。相關論文近日刊發(fā)于《自然·通訊》。

光刻技術是推動集成電路芯片制程工藝持續(xù)微縮的核心驅(qū)動力之一。

簡單來說,光刻膠是芯片制造中刻畫電路的顏料,核心作用是將設計好的電路圖案精確轉(zhuǎn)移到硅片上。通過顯影液溶解其曝光區(qū)域,完成從掩模版到硅片的圖案復刻,這是光刻工藝的基礎環(huán)節(jié)。

“顯影”是光刻的核心步驟之一,通過顯影液溶解光刻膠的曝光區(qū)域,將電路圖案精確轉(zhuǎn)移到硅片上。

光刻膠在顯影液中的運動,直接決定電路畫得準不準、好不好,進而影響芯片良率。光刻膠性能直接影響光刻機效能的發(fā)揮,只有二者適配才能實現(xiàn)先進制程突破。

長期以來,光刻膠在顯影液中的微觀行為是“黑匣子”,工業(yè)界的工藝優(yōu)化只能靠反復試錯,這成為制約7納米及以下先進制程良率提升的關鍵瓶頸之一。

為破解難題,研究團隊首次將冷凍電子斷層掃描技術引入半導體領域。研究人員最終合成出一張分辨率優(yōu)于5納米的微觀三維“全景照片”,一舉克服了傳統(tǒng)技術無法原位、三維、高分辨率觀測的三大痛點。

彭海琳表示,冷凍電子斷層掃描技術為在原子/分子尺度上解析各類液相界面反應提供了強大工具。深入掌握液體中聚合物的結(jié)構(gòu)與微觀行為,可推動先進制程中光刻、蝕刻和濕法清洗等關鍵工藝的缺陷控制與良率提升。

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一般來說,芯片制造可以劃分為5個核心步驟:

1、晶圓制備,也就是造 “地基”

先把純度 99.9999% 的硅料,做成圓柱形的單晶硅棒,再切成晶圓,這就是芯片的 “地基”,所有電路都要刻在這上面。

2、晶圓氧化,刷防護層

在晶圓表面烤一層 二氧化硅膜,像給地基刷防水漆,防止后續(xù)步驟損傷硅片本身。

3、畫電路圖, 也就是光刻(此時光刻膠將發(fā)揮作用)

這是最關鍵的一步,相當于給 “地基” 畫電路藍圖,分3小步:

涂膠:把光刻膠均勻涂在氧化層上;

曝光:用光刻機照晶圓,光線透過設計好的掩模版,只讓光刻膠的特定區(qū)域感光變脆。

顯影:用顯影液洗掉變脆的光刻膠,剩下的光刻膠就像 “鏤空的電路模板”,精準蓋在晶圓上。

4、刻電路, 蝕刻

用化學、物理方法雕刻晶圓:沒被光刻膠蓋住的氧化層會被刻掉,被光刻膠蓋住的區(qū)域保留,相當于光刻膠當保護罩,只讓該刻的地方刻出電路凹槽。

5、后續(xù)加工、封裝

往刻出的凹槽里加 “雜質(zhì)”(形成晶體管)、鋪金屬層,最后把晶圓切成一個個小芯片,然后封裝,變成能用的芯片。

責任編輯：石旭