光刻及刻蚀浅析.ppt

4.4 向衬底材料的图形转换——光刻 图形转换：将设计在掩膜版（类似于照相底片）上的图形转移到半导体晶片上 图形转换：光刻技术 光刻工艺流程 典型的光学光刻工艺通常包括一下步骤：衬底准备、涂胶、曝光前烘干（前烘）、曝光、显影、显影后烘干（坚膜）以及去胶。 光刻是IC制造中最为重要的一道工艺 硅片制造工艺中，光刻占所有成本的35% 通常可用光刻次数及所需掩膜的个数来表示某生产工艺的难易程度。 一个典型的硅集成电路工艺包括15—20掩膜版 集成电路的特征尺寸是否能够进一步减小， 也与光刻技术的进一步发展有密切关系。 通常人们用特征尺寸来评价集成电路生产线的技术水平。 所谓特征尺寸（CD:characteristic dimension）是指设计的多晶硅栅长，它标志了器件工艺的总体水平，是设计规则的主要部分。 通常我们所说的0.13μm，0.09μm就是指的光刻工艺所能达到最小线条的工艺。 光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。 光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，把掩膜版的图形转换成晶圆上的器件结构，从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。 光刻的要求 对光刻的要求 （1）高分辨率 （2）高灵敏度 （3）精密的套刻对准 （4）大尺寸硅片上的加工 （5）低缺陷 1.高分辨率 分辨率是将硅片上两个邻近的特征图形区分开来的能力，即对光刻工艺中可以达到的最小光刻图形尺寸的一种描述，是光刻精度和清晰度的标志之一。随着集成电路的集成度提高，加工的线条越来越细，对分辨率的要求也越来越高。 2.高灵敏度 灵敏度是指光刻胶感光的速度。为了提高产量要求曝光时间越短越好，也就要求高灵敏度。 3.精密的套刻对准 集成电路制作需要十多次甚至几十次光刻，每次光刻都要相互套准。 由于图形的特征尺寸在亚微米数量级上，因此对套刻要求很高。要求套刻误差在特征尺寸的10%左右。 4.大尺寸硅片的加工 随着晶圆尺寸增大，周围环境会引起晶圆片的膨胀和收缩。因此对周围环境的温度控制要求十分严格，否则会影响光刻质量。 5.低缺陷 缺陷会使电路失效，因此应该尽量减少缺陷。 5.2 光刻胶的组成材料及感光原理 光刻胶是光刻工艺的核心，光刻过程中的所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻工艺的研发是一个非常漫长的过程。 光刻胶种类 光刻胶又称光致抗蚀剂（Photo-Resist）,根据光刻胶在曝光前后溶解特性的变化，有 正光刻胶（Positive optical resist） 负光刻胶（Negative optical resist） Resists are organic polymers that are spun onto wafers and prebaked to produce a film ≈ 0.5-1 μm thick. 正性光刻胶—Positive Optical Resist 正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。 正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。 现有VLSI工艺都采用正胶 P.R. 负性光刻胶 Negative Optical Resist 负胶的光化学性质是从可溶性到不可溶解。 负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。 小结：正性和负性光刻胶 正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的部分发生光分解反应，可溶于显影液，未感光的部分显影后仍然留在晶圆的表面。 负性光刻胶的未感光部分溶于显影液中，而感光部分显影后仍然留在基片表面。 正胶：曝光前不可溶，曝光后 可溶 负胶：曝光前 可溶，曝光后不可溶 光刻胶对大部分可见光敏感，对黄光不敏感。因此光刻通常在黄光室（Yellow Room）内进行。 正胶和负胶的比较 正胶 分辨率高 小于1μm 抗干法刻蚀能力强 较好的热稳定性 负胶 对某些衬底表面粘附性好 曝光时间短、产量高 工艺宽容度较高（显影液稀释度、温度等） 价格较低（约正胶的三分之一） 光刻胶种类 负胶 曝光后变为不可溶 显影时未曝光的部分溶解于显影液 图形与掩膜版相反 分辨率较低 含二甲苯，对环境、身体有害 正胶 曝光后变为可溶 显影时曝光的部分溶解于显影液 图形与掩膜版相同 更小的聚合物尺寸，有更高的分辨率 大量应用于IC fabs 光刻胶材料参数 分辨率（Resolution） 敏感度（Sensitivity） 对比度（Contrast） 粘滞性 粘附性 抗蚀性 1.光刻胶的分辨率（Resolution） 在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作为对光刻胶的分辨率。 产生的线条越小，分辨率越高。分辨率不仅