10 高级光刻工艺演示教学.ppt

第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －1－ 概述 基本光刻工艺前面已经介绍。随着图形尺寸减小到亚微米级，芯片制造工艺对低缺陷密度的要求越来越迫切；还有芯片尺寸和器件密度的增加，这些都要求芯片制造工业尽可能挖掘各种传统工艺的潜能和开发新的工艺技术。 10.1 ULSI/VLSI IC 图形处理过程中存在地问题 对于中规模、大规模和某些VLSI的IC，前面介绍的基本光刻工艺完全适用，然而，对于ULSI/VLSI IC 这些基本工艺已经明显力不能及。在亚微米工艺时代，某些光刻工艺在0.3μm以下明显显示出它的局限性。存在地问题主要包括：光学设备的物理局限；光刻胶分辨率的限制；晶园表面的反射现象和高低不平现象等。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －2－ 下图列出了一些在2012年左右对光刻工艺的要求 生产年度 2001 2006 2012 线宽(nm） 150 100 50 记忆量 1 Gb 16 Gb 64 Gb 逻辑Bits/cm2 380 M 2.2 B 17 B 芯片尺寸DRAM(mm2) 445 790 1580 最大连线水平 7 7~8 9 掩膜层 23 24~26 28 缺陷密度DRAM(D/m) 875 490 250 芯片连接I/O 1195 1970 3585 芯片直径(mm) 300 300 450 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －3－ 有关光学系统分辨率控制、改进的曝光源、曝光问题、掩膜版薄膜等问题参见10.2～10.4节。 晶园表面问题 晶园表面问题主要是指晶园表面的条件，包括表面的反射率、表面地形差异、多层刻蚀等。 光刻胶里的反射现象： 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －4－ 反射问题在表面有很多阶梯（也称为复杂地形）的晶园中尤为突出，这些阶梯的侧面将入射光以一定角度反射入光刻胶里，引起图形分辨率不好，其中一个独特的现象就是阶梯处发生光干涉现象从而引起阶梯图形出现“凹口”。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －5－ 防反射涂层（ARC） 防反射涂层是在涂光刻胶之前在晶园表面涂一层物质用来帮助光刻胶成像（见图10.15）。防反射涂层对成像过程有几点帮助： 1）平整晶园表面； 2）防反射涂层切断了从晶园表面反射的光线； 3）还能降低驻波效应和增强图形对比度。 存在的问题 增加额外的涂层工艺和烘焙工艺，可能会使膜厚度和显影过程变得难控制，曝光时间也相应地增加30～50％。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －6－ 平整化 随着光刻次数的增加，晶园表面变得高低不平 ，如图所示。平整化技术包括：1）复层光刻胶工艺；2）工艺层平整化；3）回流技术；4）化学机械研磨。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －7－ 复层光刻胶 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －8－ 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －10－ 有关详细内容将在以后介绍。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －11－ 化学机械研磨(CMP) 化学机械研磨（抛光）不仅在晶园制备过程中使用，而且在芯片制造过程中也被用来做晶园表面的平整化。因为经过多次光刻后晶园表面出现高低不平的表面阶梯，在阶梯处存在金属覆盖不好的问题，给后续工艺带来不便，所以必须进行表面平整化处理。 在工艺过程使用化学机械研磨得优点是： 1）可以达到晶园表面整体平整化； 2）研磨移去所以表面物质； 3）适用于物质表面； 4）使高质量的铜制程和铜化金属层成为可能；5）费用低。 第十章 基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验 －12－ 化学机械研磨设备 * *