第五章半导体器工艺学之光刻.ppt

第五章光刻 §5-1光刻材料 §5-2光刻工艺 §5-3先进的光刻技术 §5-1光刻材料 一、概述 制作掩膜版 将掩膜版上的图形转移到硅片表面的光敏薄膜上 刻蚀 离子注入 （掺杂） 光刻使用光敏光刻胶材料和受控制的曝光形成三维图形 光刻是IC制造中关键步骤 1/3成本、40%—50%生产时间、决定CD 多次光刻 光刻材料：光刻胶 掩膜版 二、光刻胶（PR） 1.光刻胶的特性及作用 是一种光敏材料 通过曝光使光刻胶在显影液中的溶解度发生改变 可溶→不可溶（负胶） 不可溶→可溶（正胶） 光刻胶的作用：保护下层材料 光刻胶：负性光刻胶 正性光刻胶 2.光刻胶的组成树脂 感光剂 溶剂 另外还有添加剂 负性光刻胶 树脂（可溶于显影液） 曝光后感光剂产生自由基 自由基使树脂交联而不溶于显影液 显影后图形与掩膜版相反 正性光刻胶 树脂（本身是可溶于显影液，感光剂是一种强力溶解抑制剂） 曝光后感光剂产生酸 酸提高树脂在显影液中的溶解度 显影后图形与掩膜版相同 对比：正、负光刻胶 负胶：显影泡胀而变形，使分辨率下降 曝光速度快，与硅片粘附性好 价格便宜 2μm分辨率 正胶：无膨胀，良好的线宽分辨率 和基片之间的粘附性差 当前主要使用正胶 3.光刻胶发展 传统I线光刻胶（I线紫外波长365nm，0.35μmCD） 深紫外（DUV）光刻胶（248nm，0.25μmCD） 深紫外光刻胶的化学放大（193nm，0.18μmCD） 4.光刻胶的特性 分辨率：将硅片上两个邻近的特征图形区分开的能力 对比度：光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度 敏感度：产生一个良好图形所需的最低能量 粘滞度：液体光刻胶的流动特性的定量指标 粘附性：光刻胶粘着衬底的强度 抗蚀性：在后面的加工工艺中保持化学稳定性 三、掩膜版 掩膜版：包含整个硅片上所有管芯 投影掩膜版：包含一个管芯或几个管芯 两个基本部分：基板（石英版）+不透光材料 基板要求：低温度膨胀、高光学透射、耐腐蚀、材料表面和内部没有缺陷 超微粒干版：AgBr（卤化银） 铬版：Cr（铬）+氧化铬 氧化铁版：Fe2O3（氧化铁） 投影掩模板 采用电子束光刻直写式 投影掩模板的损伤： 掉铬、表面擦伤、静电放电、灰尘颗粒 投影掩模板的保护膜： §5-2光刻工艺 正性和负性光刻工艺 ： 负性光刻 正性光刻 光刻的基本步骤 气相成底膜 旋转涂胶 前烘 对准和曝光 曝光后烘焙 显影 坚膜烘焙 显影检查 基本步骤 一、气相成底膜 目的：增强硅片与光刻胶的黏附性 底膜处理的步骤 1.硅片清洗 不良的表面沾污会造成： 光刻胶与硅片的黏附性差，可能会浮胶、钻蚀 颗粒沾污会造成不平坦的涂布，光刻胶针孔 2.脱水烘焙 使硅片表面呈干燥疏水性 3.底膜处理 HMDS作用：影响硅片表面形成疏水表面 增强硅片与胶的结合力 成底膜技术：旋转法和气相法 硅片清洗 脱水烘焙与气相成底膜 二、旋转涂胶 质量参数：厚度、均匀性、颗粒沾污、光刻胶缺陷（如针孔）等 厚度和均匀性 光刻胶厚度通常在1μm数量级 单片厚度变化≤20—50A 大批量的片间厚度＜30A 旋转涂胶4个基本步骤 匀胶机 三、前烘（软烘） 目的： 光刻胶中的溶剂部分挥发 增强光刻胶的粘附性，光吸收及抗腐蚀能力 缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力 如果没有前烘，可能带来的问题有： 光刻胶发黏，易受颗粒污染 光刻胶来自旋转涂胶的内在应力将导致粘附性问题 溶剂含量过高导致显影时由于溶解差异，而很难区分曝光和未曝光的光刻胶 光刻胶散发的气体可能污染光学系统的透镜 烘箱与热板 四、对准和曝光 对准和曝光工艺代表了现代光刻中的主要设备系统 硅片被定位在光学系统的聚焦范围内，硅片的对准标记与掩膜版上匹配的标记对准后，紫外光通过光学系统透过掩膜版进行图形投影，这样就对光刻胶进行曝光。 曝光方式和设备 曝光光源 光学光刻特性 曝光质量 1.曝光方式和设备： 接触式/接近式光刻机 光学 扫描投影光刻机 步进扫描光刻机 电子束光刻机 非光学