硅集成电路工艺——光刻与刻蚀.ppt

Chap.8 光刻与刻蚀工艺 光刻与刻蚀的定义 光刻技术在IC流程中的重要性 ULSI中对光刻的基本要求 高分辨率 高灵敏度的光刻胶 低缺陷 精密的套刻对准 对大尺寸硅片的加工 半导体工业中的洁净度概念 尘埃粒子的影响： 粒子1：在下面器件层产生针孔 粒子2：妨碍金属导线上电流的流动 粒子3：导致两金属区域短路，使电路失效 洁净度等级： 英制：每立方英尺中直径大于或等于0.5μm的尘埃粒子总数不超过设计等级（如英制等级100） 公制：每立方米中直径大于或等于0.5μm的尘埃粒子总数不超过设计等级（以指数计算，如等级M3.5，则粒子总数不超过103.5个） §8.1 光刻工艺流程 硅片清洗 预烘及涂增强剂 涂胶 前烘 掩模版对准 曝光 曝光后烘培 显影 后烘及图形检测 刻蚀 刻蚀完成 去胶 离子注入 快速热处理及合金 预烘及涂增强剂 去除硅片表面的水分 增强与光刻胶的黏附力（亲水性，疏水性） 温度一般为150～750℃之间 可用涂覆增强剂（HMDS，六甲基乙硅氧烷）来增加黏附性 涂胶（旋涂法） 目的：形成厚度均匀、附着力强、没有缺陷的光刻胶薄膜 方法：旋涂法 旋涂 旋涂 旋涂 旋涂 边沿清除 边沿清除 光刻胶膜的质量 质量指标： 膜厚（光刻胶本身的黏性、甩胶时间、速度） 膜厚均匀性（甩胶速度、转速提升速度） 气泡，灰尘等粘污情况（超净工作台，红、黄光照明） 前烘 目的： 使胶膜内溶剂充分挥发，干燥，降低灰尘污染 增加胶膜与下层膜的黏附性及耐磨性 区分曝光区和未曝光区的溶解速度 方法： 干燥循环热风 红外线辐射 热平板传导（100℃左右） 前烘方法 显影 目的：显现出曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形 正胶：感光区域显影溶解，所形成的是掩膜板图形的正映像 负胶：反之 方法：喷洒显影液 静止显影 漂洗、旋干 正胶和负胶 显影中可能存在的问题 显影设备 喷洒显影液 静止显影 去除显影液 去离子水清洗 显影全过程 曝光后烘培 目的：降低驻波效应，形成均匀曝光 曝光后烘培 后烘（坚膜） 目的： 除去光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶对硅片的附着力 提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力 减少光刻胶层中的缺陷（如针孔），修正图形边缘轮廓 方法：高温处理（150℃左右） 光学稳定（UV照射) 刻蚀 目的：选择性地将未被光刻胶掩蔽的区域去除 方法：干法刻蚀 湿法刻蚀 质量指标：分辨率 ； 选择性 去胶 目的：将经过刻蚀的硅片表面留下的光刻胶去除 方法：干法去胶 （等离子体去胶、紫外光分解去胶） 湿法去胶 （无机溶液去胶、有机溶液去胶） §8.2 分辨率(Resolution) 定义：分辨率R表示每mm内能刻蚀出可分辨的最多线条数，即每mm内包含有多少可分辨的线对数 物理学意义：限制因素是衍射 光子： 粒子： 所以：能量一定，则粒子质量越大，分辨率越高 质量一定，则动能越高，分辨率越高 光刻参数对工艺效果的影响 §8.3 光刻胶的基本属性 光刻胶的组成 聚合物材料（树脂）：保证光刻胶的附着性和抗腐蚀性及其他特性，光化学反应改变溶解性 感光材料（PAC）：控制或调整光化学反应，决定着曝光时间和剂量 溶剂：将树脂溶解为液体，使之易于涂覆 添加剂：染色剂等 正胶与负胶 正胶与负胶 对比度 光刻胶膜厚——曝光剂量响应曲线 对比度： 正胶： 负胶： 对比度越高，侧面越陡，线宽更准确 对比度高，减少刻蚀过程中的钻蚀效应，提高分辨率 其他特性 光敏度 膨胀性 抗刻蚀能力和热稳定性 黏着力 溶解度和黏滞度 微粒含量和金属含量 储存寿命 §8.4 曝光系统 紫外（UV）光源 水银弧光灯光源 i线（365nm） h线（405nm） g线（436nm） 缺点：能量利用率低（2％） 准直性差 深紫外（ DUV ）光源 KrF、ArF、F2准分子激光器 优点：更高有效能量，各向异性，准直，波长更小，空间相干低，分辨率高 缺点：带宽宽，脉冲式发射，能量峰值大，损伤 曝光方式（Exposure） 接触式曝光(contact printer) 接触式曝光 S=0，分辨率得到提高（1－3um) 尘埃粒子的产生，导致掩膜版的损坏，降低成品率 接近式曝光（proximity printer） 接近式曝光（3um） 最小线宽LCD=1.4(Sλ)1/2 减少了掩膜版的损坏，但分辨