光刻技术回顾讲义.ppt

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光刻技术 目 的 光刻系统的主要指标 基本光刻工艺流程 光刻技术中的常见问题 光刻掩模板的制造 曝光技术 光刻设备 湿法腐蚀和干法刻蚀的原理 3.1 概述 光刻(photolithography)是在光的作用下,使图像从母版向另一种介质转移的过程。母版就是光刻版,是一种由透光区和不透光区组成的玻璃版。 即将掩模版(光刻版)上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜材料(光刻胶)上去的工艺过程 。 光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生光化学反应,按照确定的版图图形,结合刻蚀方法在各种薄膜上(如SiO2等绝缘膜和各种金属膜)制备出合乎要求的电路图形,包括形成金属电极和布线、表面钝化以及实现选择性掺杂。由于集成电路有一定的空间结构,需多次使用光刻,每块集成电路一般要进行6~7次光刻,所以氧化工艺与光刻工艺的结合构成了整个平面工艺的基础。 分辨率、 焦深、 对比度、 特征线宽控制、 对准和套刻精度、 产率以及价格。 涂胶:采用旋转涂胶工艺 腐 蚀 腐蚀就是用适当的腐蚀剂,对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他性质的薄膜进行腐蚀,按照光刻胶膜上已经显示出来的图形,进行完整、清晰、准确的腐蚀,达到选择性扩散或金属布线的目的。它是影响光刻精度的重要环节。 对腐蚀剂的要求有: (1)只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。 (2)对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。 (3)腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为:当腐蚀线条时,腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明横向腐蚀速度小,腐蚀效果好,常用来衡量腐蚀的质量。 (4)腐蚀液毒性小,使用方便,腐蚀图形边缘整齐、清晰。 去 胶 去胶是常规光刻工艺的最后一道工序,简单地讲,是使用特定的方法将经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。 在集成电路工艺中,去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶,在湿法去胶中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。 有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中(丙酮和芳香族的有机溶剂),从而达到去胶的目的。 无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如H2SO4和H2O2等),将光刻胶中的碳元素氧化成为二氧化碳,把光刻胶从硅片的表面上除去。 98%H2SO4+H2O2+胶→CO+CO2+H2O O2+胶 → CO+CO2+H2O 干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。光刻胶通过在氧等离子体中发生化学反应,生成气态的CO,CO2和H2O由真空系统抽走。 相对于湿法去胶,干法去胶的效果更好,但是干法去胶存在反应残留物的玷污问题,因此干法去胶与湿法去胶经常搭配进行。 3.4 光刻胶与掩膜版 光刻三要素:光刻胶、掩膜版和光刻机 一、 光刻胶 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显影溶液中的溶解特性改变 掩模版的制备流程 (1)空白版的制备 (2)数据转换 (3)刻画 (4)形成图形 (5)检测与修补 (6)老化与终检 掩膜版质量的要求 (1)玻璃衬底的选择 用于掩膜版制备的玻璃衬底需满足以下几个条件。 ①热膨胀系数(CTE) 要求越小越好,对于白玻璃,要求≤9.3×10-6K-1;对于硼硅玻璃,要求≤4.5×10-6K-1;对于石英玻璃,要求≤0.5×10-6K-1。 ②透射率 在360nm以上的波长范围内,透射率在90%以上。 ③化学稳定性 掩模版在使用和储存过程中,很难绝对避免与酸、碱、水和其它气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。 ④选择方法 要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀,与遮光膜的粘附性好。 * 光刻版 * (A)电路图;(B)版图 (A) (B) * 掩模板的基本构造及质量要求 掩模版的基本构造 * 彩色版制备技术 彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模,因有颜色,即俗称彩色版,它可克服超微粒干版缺陷多,耐磨性差及铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。 彩色版种类很多,有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化亚铜版等,目前应用较广的是氧化铁彩色版。 氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的化学和物理特性。据报道,在紫外区(300~400nm)的透射率小于1%,在可见光区(400~800nm)透射率大于30%。 * 3.6 紫外光曝光技术 光学相关波长范围参考图 * 紫外光曝光技术 光源:主要是UV,DUV 水银弧光灯: i线365nm; h线405nm; g线436nm 氙汞灯:200-300nm 准

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