第5章光刻技巧.ppt

复习： 1、离子注入源分类 2、离子注入缺陷？如何解决？ 3、热氧化分类？化学反应式？ 4、影响二氧化硅生长因素？ 5、氧化后质量检测方法？ ;第五章 光 刻;光刻（ Lithography ）;5.1 引 言;;光刻是产生特征尺寸的工序 微芯片上的特征尺寸，是指MOS器件的沟道长度即多晶硅栅条的宽度；或指双极器件引线孔的大小。 目前光刻的成本很高，已占整个芯片制造总成本的1/3。;现代IC对光刻的要求越来越高 △ IC的性能↑→ →IC特征尺寸↓ （即光刻线宽↓） →对光刻的要求↑ △ 现代光刻技术已发展到纳米时代（如22nm技术）;光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变;掩膜版（Reticle或Mask） 掩膜版的材质有玻璃和石英之分，亚微米及以下技术都用石英版，石英版的透光性好、热膨胀系数低。版上不透光的图形是金属铬膜。;掩膜版的制造 用设计软件例如Cadence生成版图文件（ .gds）。 制版机根据版图文件用激光或者电子束将图形写到掩膜版上，小尺寸图形需要用电子束，花费也相对更高。 制版时需说明为亮版还是暗版。;光刻机;5.2 光刻工艺原理;光刻工艺的8个基本步骤;1. 气相成底膜（HMDS priming) 工艺目的： 增加光刻胶（共价键）与硅片表面层的粘附性，在表面为二氧化硅等（离子键、亲水）时尤其重要。 工艺步骤： 1、硅片清洗：污染物会导致光刻胶起层和针孔 2、脱水烘焙：光刻胶与水分子的粘附性差 3、HMDS成底膜：防止硅片吸潮、增强光刻胶粘附 ;气相HMDS成底模技术 最常用的HMDS成底模技术 原理：HMDS是液态具有很高的蒸汽压，使HMDS 气流通过加热的硅片表面即可形成底膜。 优点：HMDS消耗量小 工艺时间短 沾污风险小 ;气相成底模工艺方法： 硅片放在成底膜真空腔中的热板上，热板温度控制在200 ℃ ～250℃，用N2携带六甲基二硅胺烷（HMDS）进入真空腔，处理时间60秒。这样在硅片上形成了底膜。 ;自动涂胶/显影系统－气相成底膜模块;2. 旋转涂胶（Spin Coating） 光刻胶是一种有机化合物，它受紫外线曝光后在显影液中的溶解度发生显著变化。 光刻胶的目的 1. 做硅片上的图形模版（从掩膜版转移到硅片上的图 形） 2. 在后续工艺中，保护下面的材料（例如刻蚀或离子 注入）;光刻对光刻胶的要求： 1. 分辨率高（区分硅片上两个相邻特征尺寸图形的能力强） 2. 对比度好（指曝光区和非曝光区过渡的陡度） ;3. 敏感度好（是指硅片表面光刻胶中产生良好图形所需要的一定波长光的最小能量值，以mJ/cm2为单位） 4. 粘滞性好（表征液体光刻胶流动性的一个指标，即粘度，单位用cps表示） 5. 粘附性好（指光刻胶与衬底表面的粘附性好） 6. 抗蚀性好（在后续刻蚀工艺中，光刻胶很好地保护衬底表面，胶的这种性质称为抗蚀性） 7. 颗粒少;光刻胶的成分： 1. 树脂（是一种有机聚合物材料，提供光刻胶的机械和化学特性） 2. 感光剂（光刻胶材料的光敏成分） 3. 溶剂（使光刻胶具有流动性） 4. 添加剂（控制光刻胶特殊方面的化学物质，备选）;正胶和负胶 正胶：曝光的部分易溶解，占主导地位 负胶：曝光的部分不易溶解 负胶的粘附性和抗刻蚀性能好，但分辨率低 ;光刻胶的种类： 根据光刻的要求，光刻胶制成与特定波长的紫外线有显著的光化学响应，一般按照紫外线把胶分类：i线光刻胶、g线光刻胶、DUV线光刻胶等。;传统的正性I线光刻胶溶解于显影液的机理 1. 树脂是悬浮于溶剂中的酚醛甲醛聚合物（ 线性酚醛树脂） 2. 感光剂化合物作为强的溶解抑制剂（不溶解于显影液）被加到线性酚醛树脂中 3. 在曝光过程中，感光剂（通常为DNQ）发生光化学分解产生羧酸 4. 羧酸提高光刻胶曝光区域的线性酚醛树脂的溶解度;化学放大（CA）深紫外光刻胶 常规的I线光刻胶体系的光吸收敏感性对于更短的DUV波长较差。 化学放大（CA）的原理是采用光吸收敏感性更高的感光剂和专门的溶解抑制剂。;化学放大DUV光刻胶溶解于显影液的机理 1. 具有保护团的酚醛树脂使之不溶于显影液 2. 光酸产生剂在曝光时产生酸 3. 曝光区域产生的酸作为催化剂，在曝光后热烘过程中移除树脂保护团 4. 不含保护团的光刻胶曝光区域溶解于以水为主要成分的显影液;涂胶工艺 工艺目的：在硅片上沉积一层均匀的光刻胶薄膜。 工艺方法：