光刻与刻蚀材料.ppt

天津工业大学 电子束直写式曝光 主要用于掩模版的制备 能达到最小的几何尺寸: 0.01 um 能够直写，无需掩模版 邻近效应导致分辨率下降 产率低 天津工业大学 电子束邻近效应及其影响 天津工业大学 JBX 6300FS 电子束直写光刻系统 电子束束斑2纳米；极限曝光分辨能力6-8纳米；极限光刻能力20-30纳米；正常加工能力60-100纳米；位置精度40-60纳米。 天津工业大学 §8.7 ULSI对图形转移的要求 图形转移的保真度 各向异性度：A=1-(Vl/Vv) 选择比 不同材料在腐蚀过程中被腐蚀的速率比 均匀性 不同位置在腐蚀过程中被腐蚀的速率比 刻蚀的清洁 天津工业大学 §8.8 湿法刻蚀 （Etching） 湿法刻蚀： 通过特定的溶液与需要被腐蚀的薄膜材料进行化学反应，进而除去没有被光刻胶覆盖的区域的薄膜。 优点:工艺简单；选择性好；操作方便； 缺点：各向同性，精细线条难以刻蚀；大量的颗粒污染，化学废液； 影响因素：腐蚀液的浓度、腐蚀的时间、反应温度以及搅拌方式。 天津工业大学 湿法刻蚀优缺点 各向同性 选择性好 天津工业大学 典型薄膜的湿法刻蚀 Si的湿法刻蚀 常规腐蚀：硝酸＋氢氟酸＋水 定向腐蚀：KOH水溶液＋异丙醇 天津工业大学 SiO2的湿法腐蚀 氢氟酸＋氟化氨缓冲溶液 Si3N4的湿法腐蚀 热磷酸 天津工业大学 §8.9 干法刻蚀 干法刻蚀 等离子刻蚀：化学反应，高速率，高选择比，低缺陷，但各向同性 溅射刻蚀（粒子铣）：物理溅射，各向异性，低选择比，高缺陷 反应粒子刻蚀：化学和物理双重作用，各性能介于二者之间 利用等离子激活的化学反应或者利用高能离子束轰击完成去除物质的方法 天津工业大学 共同点：都是利用低压状态下气体放电来形成等离子体作为刻蚀基础。 不同点：刻蚀系统压力：等反溅；温度：等反溅；功率：反之；气流等相关可控参数。 刻蚀机制： 等离子刻蚀:（化学反应）产生－扩散－吸附－反应－解吸 溅射刻蚀:（物理溅射）产生－加速－轰击－溅射－排除 天津工业大学 等离子刻蚀的工艺过程 天津工业大学 二氧化硅和硅的干法刻蚀 高压等离子刻蚀 CF4+e CF3+F（自由基）+e SiO2+4F SiF4（气）+O2 Si+4F SiF4 （气） 加入氧气对刻蚀的影响：刻蚀Si和SiO2的速度都加快，且Si刻蚀速度增加更快，降低SiO2/Si刻蚀的选择性 加入氢气对刻蚀的影响：对SiO2的刻蚀影响不大，但可减小对Si的刻蚀速度，增加SiO2/Si刻蚀的选择性 天津工业大学 增加氢 增加氧 天津工业大学 聚合物的形成和侧壁保护 其他材料的干法刻蚀 Si3N4的干法刻蚀： Si-N键的结合能介于Si-O和Si-Si之间，氮化硅的刻蚀速度也介于二者之间； 刻蚀气体：CF4或者CF4+O2 多晶硅和金属硅化物的干法刻蚀： 两步进行：1）采用CF4或SF6刻蚀金属硅化物 2）采用Cl2，HCl或者SiCl4刻蚀多晶硅 铝及铝合金的干法刻蚀： 刻蚀气体：含氯气体及其混合物（CCl4，BCl3，SiCl4） 天津工业大学 天津工业大学 §8.10 刻蚀速率 离子能量和入射角 气体成分 气体流速 温度 压力、功率密度 负载效应 离子加速反应机理： 离子轰击产生损伤或缺陷 离子轰击直接离解反应剂分子 离子轰击可清除表面不挥发性的残余物质 天津工业大学 湿法刻蚀和干法刻蚀的比较 湿法刻蚀： 液态溶液，化学反应 优点:工艺简单；选择性好；操作方便 缺点：各向同性，精细线条难以刻蚀；大量的颗粒污染，化学废液 干法刻蚀： 等离子体，化学反应＋物理溅射 优点：较高的各向异性，能形成更小的特征尺寸；等离子体可以容易的开始和结束，温度不敏感，工艺重复性好；更少的颗粒玷污，很少的化学废液 缺点：选择性比较差，设备复杂 天津工业大学 小结 掌握光刻工艺的重要性及洁净度概念 掌握光刻工艺流程（七步，目的、方法、影响因素） 理解分辨率的概念及影响因素 理解光刻胶的基本属性及对分辨率的影响 理解曝光光源，曝光方式及其对分辨率的影响 了解掩膜版的制备及移相掩膜原理 了解电子束曝光、X射线曝光及光刻的未来发展趋势 掌握湿法刻蚀和干法刻蚀的原理及优缺点 天津工业大学 接触式曝光(contact printer) 接触式曝光 S≈0，分辨率得到提高（1－3um) 尘埃粒子的产生，导致掩膜版的损坏，降低成品率 天津工业大学 接触式曝光机 天津工业大学 投影式曝光(projection system) 最小尺寸：Lmin＝0.