第八章光刻8.ppt

第八章 光刻与刻蚀工艺 光刻是集成电路工艺中的关键性技术，由于光刻技术的不断更新，推动了ULSI的高速发展。 1958年，光刻技术的发明，研制成功平面晶体管，推动了集成电路的发明。 由1959年集成电路发明至今的40多年里，集成电路的集成度不断提高，器件的特征尺寸不断减小。这个时期中，集成电路图形的线宽缩小了4个数量级，集成度提高了6个数量级，这一切都归功于光刻技术的进步。 光刻技术处于半导体制造技术的核心，被认为是IC制造中最关键的步骤。 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从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的 ULSI对光刻的基本要求 高分辨率 高灵敏度的光刻胶 低缺陷 精密的套刻对准 对大尺寸晶片的加工 8.1光刻的工艺流程 在光刻过程中，光刻胶在受到光辐照之后发生光化学反应，其内部分子结构发生变化，在显影液中光刻胶感光与未感光部分的溶解度速度相差非常大！ 8.1光刻的工艺流程 光刻的工艺流程 1涂胶：是在Si片或其它薄膜表面，涂上一层粘附良好，厚度适当，均匀的光刻胶膜。 脱水烘焙 方法：旋转法 步骤：喷胶——加速——保持 前烘： 是使胶膜体内溶剂充分地挥发，使胶膜干燥以增加胶膜与SiO2膜（或金属膜）的粘附性和胶膜的耐磨性，即在曝光对准时允许胶膜与掩模版有一定紧贴而不磨损胶膜，不沾污掩模版；同时，只有光刻胶干燥，在曝光时才能充分进行光化学反应。 严格控制时间和温度 条件：80℃ 20min 曝光： 就是对涂光刻胶的基片进行选择性的光化学反应，使曝光部分的光刻胶改变在显影液中的溶解性，经显影后的光刻胶膜上得到和“掩模”相对应的图形。 显影： 是把曝光后的基片放在显影液里，将应去除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要的抗蚀剂膜的保护图形。 坚膜: 就是在一定的温度下，将显影后的片子进行烘焙，除去显影时进胶膜所吸收的显影液和残留水分，改善胶膜与基片间粘附性，增强胶膜的抗蚀能力，以及消除显影时所引起的图形变形。 条件：200℃ 20min 腐蚀: 就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的SiO2或其它薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已显示出来的图形，完整、清晰、准确地腐蚀，供选择性扩散或达到金属布线的目的。它是影响光刻精度的重要环节。 去胶： 把覆盖在图形表面的光刻胶膜从硅片表面去掉。 包括：干法和湿法去胶 湿法去胶分为有机溶液和无机溶液 8.2 分辨率 分辨率R是对光刻工艺中可以达到的最小光刻图形尺寸的一种描述。 R是表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数。 R定义 R=1/2L（mm-1） L为线宽 分辨率为每mm内包含有多少个可分辨的线对数 例 线宽和间距均为1μm,R为多少？ 分辨率为500 线对 8.3 光刻胶的基本属性 分类：正胶和负胶 正胶的感光区在显影时可以溶解掉，而没有感光的区域在显影时不溶解，因此所形成的光刻胶图形时掩模版图形的正映像，因而称为正胶 负胶的感光区在显影时不可以溶解，而没有感光的区域在显影时溶解，因此所形成的光刻胶图形时掩模版图形的负映像，因而称为负胶 因此当采用正胶进行光刻时，可在衬底表面得到与光刻掩膜板遮光图案完全相同的保护胶层。 正光刻胶必须采用正版（版式上的图案与光刻后衬底的表面腐蚀出来的图案相一致） 负胶的特点：由可溶性转变为不可溶性即是原来的胶膜可被某些溶剂溶解，当受到适当波长的光照后发生聚合反应，硬化成为不可溶解的物质。 因此采用负胶进行光刻时，在衬底表面将得到与掩模板遮光图案完全相反的保护胶层。负胶时必须采用负版（版子上的图案与光刻后衬底的表面腐蚀出来的图案相反） 。 正胶与负胶的比较 从光刻技术的发明到20世纪70年代中期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，随着VLSI集成电路发展和2μm到5μm图形尺寸的出现使负胶的分辨率变得吃紧。 正胶存在了20年，但它的缺点是黏附性差，优点是分辨率高，它们良好的分辨率和防止针孔能力在那时也并不是很重要，所以一直没有引起人们的重视。直到20世纪80年代，正胶逐渐被接受。 正胶与负胶的比较 光刻胶的组成（正胶） 光刻胶是由感光剂、溶剂和聚合物(树脂) 所组成。 感光剂是一种对光敏感的高分子化合物，当它受适当波长的光照射之后，就能吸收一定波长的光能量，发生交联，聚合成分解等光化学反应，使光刻胶改变性质。 溶剂是使光刻胶在涂到硅片表面之前保持为液态。 聚合物(树脂)在光照时，不发生化学反应，其主要作用是保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性。 8.3 光刻胶的基本属性（对比度） 对比度会直接影响到曝光后光刻胶膜的倾角和线宽 理想的曝光过程中，投到光刻胶层