光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的基本操作.PPT

第八章 光刻 8.1 简介 定义：光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所 规定的特定区域的基本操作。 本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构以图形形式制作在掩膜版上，紫外光透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上然后用一种刻蚀的工艺把薄膜图形成像在下面的硅片上。 正性光刻 负性光刻 小结 集成电路发展中非常突出的特征是元器件加工的尺寸愈细， 一个芯片上包括的元件数愈多，则电路的价格愈便宜，可靠性愈 高，即集成电路是通过技术的进步提高它的性能、价格比．在缩小 器件尺寸的贡献中，光刻是最核心的工艺技术．本节介绍的几 种光刻方法，在集成电路发展的各个阶段，都在大量生产中发挥 过或将要发挥重要作用． 接触型曝光国际上一直沿用到七十年代中．接 近式曝光在七十年代中、后期应用较广．投影 曝光在七十 年代中期得到应用，目前已成为 主要的生产装置，但在技术上则有 大幅度改 进和变化。早期的投影曝光是全硅片一次曝 光．现在 硅片尺寸已达到150mm，而最细曝 光线条已小于l微米，一次曝 光已非常困难。 普遍采用多次重复曝光来完成，即所谓DSW的 方法． 光刻线条采用亚微米的尺寸，在实验室中正在开发，即将过 渡到工业生产．亚微米曝光，采用投影曝光等方法，受衍射等限制 迫使人们在探讨新的途径。扫描电子束曝光从原理上是一种比较理想的方法．今天看来．主要问题是加工速度慢，虽然它曝光一 个点或线仅需10-5一10-6秒，但在一个大于100mm硅片上完成图形曝光约需1小时以上，效率比光学方法低几十倍． 目前生产上 主要用它做掩膜，实验室中则 在试图提高硅片上直接曝光的效率。正在尝 试的方法是组合曝光，即对集成电路中图形 线条宽的采用 投影曝光最细的线条用电子束 曝光．弥补电子束慢的不足，但这 需解决设 备的相容性，也是非常难的技术． 为了克服电子束的弱点，在1973年前后X射线曝光作为一 次曝光的手段而被提出．实际的进展比人们预料的要慢．主要问 题是X射线光源很难用普通电子枪激发的方法得到很大的功率。 同步辐射光刻建议采用后．使人们产生了很大的兴趣，但其实同步 的困难则是设备太庞大，一台同步辐射装置与一个集成电路厂占用的面积相近。它必须微型化才有可能进入实用．一些微型的 同步辐射装置已完成设计正在加工中试用，一但实用化将为集 成电路在亚微米尺寸上实现107元件／芯片的集成规模的大生产 作出贡献。 光刻的曝光方法很多．本结中仅介绍了主要的几种。一种曝 光方法受到重视的原因从光刻来看不仅是技术的先进性，而且要衡量它在大量生产应用中的效益．因此不能说只有这几种方法在 发展，随着技术的进步一定会发明更有水平和效益的新方法． 8.9 显影 定义：用化学显影液溶解由曝光造成的 光刻胶的可溶解区域就是光刻胶显影， 其主要目的是把掩膜版图形准确复制到光 刻胶中。 三个主要类型的问题：显影不足、不完全 显影和过显影 负胶和正胶有不同的显影性质并要求不 同的工艺和化学品。 冲洗的作用 快速地稀释显影液，曝光的边缘会有一个过渡区，包括部分聚合的分子，如果显影液留在表面上会溶解掉这部分区域而改变图形尺寸。 可去除在开口区少量部分聚合的光刻胶 严格地说，胶层放在显影液中曝光与未曝光的部分都有程度 不同的溶解．通常为了得到好的显影图像希望溶解速率差越大 越好。即所谓反差大．现在几乎每一种光刻胶 都配有专用的显影液以保证高反差． 光刻胶显影参数 显影温度：最适宜在15到25℃。确定温度后，误差必须控制在±1 ℃范围内。显影液的温度对光刻胶的溶解率有直接影响。对于正胶，显影温度越低光刻胶的溶解率越大；对于负胶，溶解率随温度的增加而增加。 显影时间：清洗除去显影液之前，显影液一直与光刻胶反应。由此会造成光刻胶的过腐蚀，导致不能接受的CD值。自动硅片轨道系统中的在线溶解率检测（DRM）可以对显影工艺的真实时间进行检测。 显影液量：喷洒在硅片上的显影液的量是影响光刻胶显影成功与否的关键因素。不充分的显影会导致残渣，即显影不足或清洗不适当硅片表面就会有光刻胶的剩余残膜。但也不提倡使用过量的显影液，因为工厂的目的是要减少化学品的用量，过量的显影液会造成浪费。 当量浓度：是一个浓度单位，以一升溶解物中溶质的含量为多少克来表示。对显影液来说，当量浓度代表了其准确的化学组成，决定显影液碱性的强弱。当量浓度对光刻胶的溶解率有直接的影响。湿气是影响当量浓度的主要因素。 清洗：去离子水是清洗的典型用水，它直接喷涂在硅片上，然后硅片被旋转甩干。清洗的主要用途是停止显影工艺，从硅片表面上去除过剩的显影液。 排风：是避免影响喷雾显影液的关键因素。低速排风会导致显影模块中雾状显影液的剩余，剩余的显影液会落到硅片上与光刻胶发生反应。 硅片吸盘：整个固定