西安交通大学微电子制造技术第十三光刻.pptVIP

Figure 13. 微电子制造技术第 13 章 光刻:气相成底膜到软烘 学 习 目 标 1.了解光刻的基本概念，包括工艺概述、关键尺寸划分、光谱、分辨率、工艺宽容度等； 2.讨论正性胶和负性胶的区别； 3.了解光刻的8个基本步骤； 4.讨论光刻胶的物理特性； 5.解释软烘的目的，并说明它在生产中如何完成； 光刻的基本概念 光刻就是利用光刻胶的感光性和耐蚀性，在各种薄膜上复印并刻蚀出与掩摸版完全对应的几何图形。以实现选择性掺杂和金属布线的目的。是一种非常精细的表面加工技术，在芯片生产过程中广泛应用。光刻精度和质量将直接影响器件的性能指标，同时也是影响制造成品率和可靠性的重要因素。光刻过程如图所示 光刻是一种多步骤的图形转移过程，首先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每一层。 图形转移通过两步完成。首先，图形被转移到光刻胶层，光刻胶经过曝光后自身性质和结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显影剂）把可以溶解的部分去掉，不能溶解的光刻胶就构成了一个图形（硅片上的器件、隔离槽、接触孔、金属互联线等），而这些图形正好和掩膜版上的图形相对应。形成的光刻胶图形是三维的，具有长、宽、高物理特征（见下图）。 掩 膜 版 掩膜版有投影掩膜版和光掩膜版之分。投影掩膜版(reticle)是一块包含了要在硅片上重复生成图形的石英版，这种图形可能只有一个管芯，或者是几个。光掩膜版（photomask）通常也称为掩膜版（mask），是包含了对于整个芯片来说确定一层工艺所需的完整管芯阵列的石英板。由于在图形转移到光刻胶中光是最关键的因素之一，所以光刻有时被称为光学光刻。 对于复杂的集成电路，可能需要30块以上的掩膜版用于在硅片上形成多层图形。每一个掩膜版都有独一无二的图形特征，它被置于硅片表面并步进通过整个硅片来完成每一层。 光 谱 掩膜版上的图形转移到光刻胶上，是通过光能激活光刻胶完成的。典型光能来自是紫外(UV)光源，能量的传递是通过光辐射完成的。为了使光刻胶在光刻中发挥作用，必须将光刻胶制成与特定的紫外线波长有化学反应光刻胶。 紫外线一直是形成光刻图形常用的能量源，并会在接下来的一段时间内继续沿用（包括0.1μm或者更小的工艺节点的器件制造中）。 电磁光谱用来为光刻引入最合适的紫外光谱，如图13.3所示。对于光刻中重要的几种紫外光波长在表13.1中列出。大体上说，深紫外光（DUV）指的是波长在300nm以下的光。 表13.1 光刻曝光的重要UV波长 套 准 精 度 光刻要求硅片表面上存在的图形与掩膜版上的图形准确对准，这种特征指标就是套准精度。对准十分关键是因为掩膜版上的图形要层对层准确地转移到硅片上（见图13.4）。因为每一次光刻都是将掩膜版上的图形转移到硅片上，而光刻次数之多，任何一次的套准误差都会影响硅片表面上不同图案间总的布局宽容度。这种情况就是套准容差。大的套准容差会减小集成密度，即限制了器件的特征尺寸，从而降低IC性能。 除了对图形对准的控制，在工艺过程中的缺陷水平的控制也同样是非常重要的。光刻操作步骤的数目之多和光刻工艺层的数量之大，所以光刻工艺是一个主要的缺陷来源。 工艺宽容度 光刻工艺中有许多工艺是可变量。例如，设备设定、材料种类、人为操作、机器性能，还有材料随时间的稳定性等诸多内容都存在可变因素。工艺宽容度表示的是光刻始终如一地处理符合特定要求产品的能力。目标是获得最大的工艺宽容度，以达到最大的工艺成品率。 为了获得最大的工艺宽容度，设计工程师在版图设计时要充分考虑工艺过程所存在的可变因素，在制造过程中，工艺工程师也可通过调整工艺参量以实现最高的制造成品率。对于光刻，高的工艺宽容度意味着在生产过程中，即使遇到所有的工艺发生变化，但只要还在规定的范围内，也就能达到关键尺寸的要求。 光 刻 工 艺 光刻包括两种基本类型： 负性光刻和正性光刻。 负性光刻 负性光刻的基本特征是经过曝光的光刻胶，由原来的可溶解变为不可容解，并随之硬化。一旦硬化，被曝光的光刻胶就不能在溶剂中被洗掉。光刻胶上留下的图形与掩膜版上的图形相反（见图13.5 ）。所以这种光刻胶被称为负性光刻胶。 正性光刻 正性光刻的基本特征是，经过曝光的光刻胶由原来不可溶解变为可溶解，即经过曝光的光刻胶在显影液中软化并可溶解。光刻胶上留下的图形与掩膜版上的图形相同（见图13.6 ）。所以这种光刻胶被称为正性光刻胶。 气相成底膜 气相成底膜主要是为涂胶工艺作前期准备，包含硅片清洗、脱水烘