集成电路制造技术教学课件ppt光刻与刻蚀工艺.ppt

Si3N4的干法刻蚀 刻蚀剂：与刻蚀Si、SiO2相同。 Si3N4＋F*→ SiF4↑+N2↑ 刻蚀速率：刻蚀速率介于SiO2与Si之间； （Si-N键强度介于Si-O键和Si-Si键） 选择性： ①CF4： 刻蚀Si3N4/SiO2 --选择性差； ②CHF3：刻蚀Si3N4/SiO2 --选择性为2-4。 刻蚀Si3N4/Si --选择性为3-5； 刻蚀SiO2/Si --选择性大于10； 8.2.2 干法刻蚀 多晶硅与金属硅化物的干法刻蚀 多晶硅/金属硅化物结构：MOS器件的栅极； 栅极尺寸：决定MOSFET性能的关键； 金属硅化物：WSi2、TiSi2； 腐蚀要求：各向异性和选择性都高 刻蚀剂：CF4、SF6、Cl2、HCl； 腐蚀硅化物：CF4+ WSi2→ WF4↑+SiF4↑+C Cl2 + WSi2→ WCl4↑+SiCl4↑ 腐蚀poly-Si：氟化物（ CF4、SF6）--各向同性； 氯化物（ Cl2、HCl）--各向异性， 选择性好（多晶硅/SiO2）。 8.2.2 干法刻蚀 铝及铝合金的干法腐蚀 几个工艺问题： ①Al2O3的去除：溅射、湿法腐蚀； ②CuCl2的去除：湿法腐蚀、溅射； ③刻蚀后的侵蚀：HCl+Al → AlCl3↑+H2 铝及铝合金的用途：栅电极、互连线、接触； 铝合金： Al-Si、Al-Au、Al-Cu； 刻蚀方法：RIE、等离子体； 刻蚀剂：BCl3、CCl4、CHCl3； Cl*+ Al → AlCl3↑ Cl*+ Al-Si → AlCl3↑+ SiCl4 ↑ Cl*+ Al-Cu → AlCl3↑+ CuCl2 （不挥发） 8.2.2 干法刻蚀 8.2.3 干法刻蚀和湿法刻蚀的比较 8.2.4 刻蚀总结 湿法刻蚀：刻蚀3μm以上线条 优点：工艺简单，选择性好。 缺点：各向异性差，难于获得精细图形。 干法腐蚀：刻蚀3μm以下线条 优点：各向异性强；分辨率高； 3.光衍射影响分辨率 衍射光 投射光强度 偏离的折射光 被凸镜收集的衍射光 波长越短，衍射越弱 光学凸镜能够收集衍射光并增强图像 8.1.2 分辨率 1）数值孔径NA （Numerical Aperture） NA：表示凸镜收集衍射光的能力 NA = 2 r0 / D – r0 : 凸镜的半径 – D ： 目标（掩膜）与凸镜的距离 NA越大，凸镜收集更多的衍射光，产生更尖锐的图形 可产生、可重复的最小特征尺寸 由曝光系统的光波长和数值孔径决定 分辨率表达式：R=K1λ/NA K1 为系统常数, λ光波长, NA 数值孔径。 2）分辨率 R Resolution 8.1.2 分辨率 提高NA – 更大的凸镜, 可能很昂贵而不实际 – 减小DOF（焦深），会引起制造困难 减小光波长λ – 开发新光源, PR和设备 – 波长减小的极限：UV到DUV, 到EUV, 到X-Ray 减小K1 – 相移掩膜（Phase shift mask） 3)提高分辨率的途径 8.1.2 分辨率 8.1.3 光刻胶-Photoresist(PR) 光敏性材料：光照时发生化学分解或聚合反应 临时性地涂覆在硅片表面 通过曝光转移设计图形到光刻胶上 类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料 正性胶和负性胶 Negative Photoresist 负性光刻胶－负胶 Positive Photoresist 正性光刻胶－正胶 曝光后 不可溶解 曝光后 可溶解 显影时未曝光的被溶解 显影时曝光的被溶解 便宜 高分辨率 负胶Negative hotoresists： Comparison of Photoresists 8.1.3 光刻胶-Photoresist(PR) 正胶Positive Photoresists： 聚合反应：显影时光照部分不溶解留下，未光照部分溶解； 分辨率低 分解反应：显影时光照部分被溶解，未光照部分留下 分辨率高 正胶（重氮萘醌）的光分解机理 8.1.3 光刻胶-Photoresist(PR) 负胶（聚乙烯醇肉桂酸脂）的光聚合机理 8.1.3 光刻胶-Photoresist(PR) 1)聚合物材料 固体有机材料 光照下不发生化学反应 作用：保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性 2)感光材料 当被曝光时发生光化学反应而改变溶解性 正性光刻胶：由不溶变为可溶 负性光刻胶：由可溶变为不溶