半导体制造技术教学讲座.ppt

半导体制造技术 掩膜版（投影）：包含要在硅片上重复生成的图形。 光谱：光谱能量要能够激活光刻胶 分辨率：将硅片上两个邻近特征图形区分开的能力—特征尺寸、关键尺寸（曝光的波长减小到CD同样大小） 套准精度：硅片上的图案与掩膜版上的图案精确对准 工艺宽容度：光刻始终如一处理特定要求产品的能力 对光刻的基本要求 高的图形分辨率（resolution)； 高灵敏度(sensitivity)； 低缺陷(defect)； 精密的套刻对准（alignment and overlay) 。 负胶 Negative Optical resist 负胶的光学性能是从可溶解性到不溶解性。 负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。 正胶－Positive Optical Resist 正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。 正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。 现有VLSI工艺都采用正胶 正胶和负胶的比较 在工艺发展的早期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，随着VLSI IC和2～5微米图形尺寸的出现，负胶已不能满足要求。随后出现了正胶，但正胶的缺点是粘结能力差。 用正胶需要改变掩膜版的极性，这并不是简单的图形翻转。因为用掩膜版和两种不同光刻胶结合，在晶园表面光刻得到的尺寸是不一样的（见下图）由于光在图形周围的衍射效应，使得用负胶和亮场掩膜版组合在光刻胶层上得到的图形尺寸要比掩膜版上的图形尺寸小。用正胶和暗场掩膜版组合会使光刻胶层上的图形尺寸变大。 （a）亮场掩膜版和负胶组合 图形尺寸变小 （b）暗场掩膜版和正胶组合 图形尺寸变大 正胶成本比负胶高，但良品率高； 负胶所用的显影剂容易得到，显影过程中图形尺寸相对稳定。 对于要求高的制作工艺选择正胶，而对于那些图形尺寸大于2微米的工艺还是选择负胶。图8.21显示了两种类型光刻胶属性的比较。 1.分滴：当硅片静止或者旋转的非常慢时，光刻胶被分滴在硅片上 2.旋转铺开：快速加速硅片使光刻胶伸展到整个硅片表面 3.旋转甩掉：甩掉多于的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层。 4.溶剂挥发：以固定转速继续旋转涂胶的硅片，直到溶剂挥发，光刻胶胶膜几乎干燥 3. 软烘（soft baking） 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。 目的:去除光刻胶中的溶剂。 蒸发溶剂的原因： 1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。 2）蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。 时间和温度是软烘的参数。 不完全的烘焙在曝光过程中造成图像形成不完整和在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移； 过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应，并且不与曝光射线反应，影响曝光。 4.对准和曝光（Alignment）  （Exposure ） 对准是将掩膜版与与前道工序中已刻在硅片上的图形对准 曝光是对准以后，将掩膜版和硅片曝光，把掩膜版图形转移到涂胶的硅片上,实现图形复制。 6. 显影（Development） 显影液溶解部分光刻胶 将掩膜上的图形转移到光刻胶上 第一步:清洗 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸附到的一些颗粒状污染物。 方法： 1）高压氮气吹除 2）化学湿法清洗：酸清洗和烘干。 3）旋转刷刷洗 4）高压水流喷洗 第二步:脱水 目的：干燥晶圆表面，增加表面粘附性。 经过清洁处理后的晶园表面可能会含有一定的水分（亲水性表面），所以必须脱水烘焙使其达到清洁干燥（憎水性表面），以便增加光刻胶和晶园表面的黏附能力。 第三步 成底膜 增强光刻胶和晶圆的粘附力的方法： A：脱水烘焙 B：涂底胶 用hexamethyldisilazane（HMDS）进行成膜处理 (HMDS:六甲基乙硅烷) 要求： 在晶圆表面建立薄的、均匀的、并且没有缺陷的光刻胶膜 光刻胶的组成材料 传统I线光刻胶由4种成分组成： 树脂（聚合物材料） 感光剂 溶剂 添加剂（备选） 树脂 树脂是一种惰性的聚合物，包括碳、氢、氧的有机高分子。用于把光刻胶中的不同材料聚在一起的粘合剂。 对负性胶，聚合物曝光后会由非聚合状态变为聚合状态。在大多数负性胶里面，聚合物是聚异戊二烯类型。是一种相互粘结的物质－－抗刻蚀的物质，如图所示。 正性胶的基本聚合物是苯酚－甲醛聚合物，也称为苯酚－甲醛树脂。