集成电路光刻工艺

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第六章 光刻工艺,1 基本概念,2,一、光刻的定义,：,光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。,二、光刻的目的,：,光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。,3,三、工艺流程：,以负胶为例来说明这八个步骤，一般可分为：,打底膜-涂胶-前烘-曝光-显影-,后烘-腐蚀-去胶。,4,打底膜（六甲基二硅亚胺,HMDS）,六甲基二硅亚胺,HMDS,反应机理,S,i,O,2,S,i,O,2,OH,OH,(,CH,3,),3,SiNHSi(CH,3,),3,O-Si(CH,3,),3,O-Si(CH,3,),3,+,NH,3,5,6,7,曝光有多种方法：光学曝光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重复曝光。此外，还有电子束曝光和,X,射线曝光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻波和光线平行度都是影响曝光质量,曝光方法,8,9,10,2 光刻质量要求与分析,一、,光刻的质量要求,：,光刻的质量直接影响到器件的性能，成品率和可靠性。对其有如下要求，刻蚀的图形完整性好，尺寸准确，边缘整齐，线条陡直；图形内无针孔，图形外无小岛，不染色；硅片表面清洁，无底膜；图形套刻准确。,11,光刻胶的质量和放置寿命(6个月).,颗粒0.2,m,金属离子含量很少,化学稳定,光/热稳定度,粘度,12,二、光刻的质量分析,：,（1）影响分辨率的因素：,A、,光刻掩膜版与光刻胶的接触;,B、,曝光光线的平行度;,C、,掩膜版的质量和套刻精度直接影响光刻精度;,D、,小图形引起逛衍射;,E、,光刻胶膜厚度和质量的影响：,F、,曝光时间的影响,：,13,（2）针孔,（3）小岛,（4）浮胶,（5）毛刺、钻蚀,G、,衬底反射影响：,H、,显影和刻蚀的影响：,14,3 光刻胶,光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。,一、,正胶和负胶：,根据光刻胶在曝光前后溶解特性的变化，可将分为正胶和负胶。,正胶：曝光前不可溶，曝光后 可溶,负胶：曝光前 可溶，曝光后不可溶,15,二、光刻胶的感光机理,聚乙烯醇肉桂酸酯,KPR,胶的光交联(聚合),16,1.负性胶由光产生交联,常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类,2.正性胶由光产生分解,胶,衬底,胶,衬底,胶,衬底,掩膜,曝光,胶,衬底,显影,负胶,正胶,17,聚乙烯醇肉桂酸酯,KPR,常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类,18,DNQ-,酚醛树脂光刻胶的化学反应,(光活泼化合物),O=S=O,OR,O=S=O,OR,N,2,o,o,(1),(2),h,-,N,2,重新排列,O=S=O,OR,O=S=O,OR,c,o,OH,c,o,(4),(3),+,H,2,O,19,（1）,感光度,（2）,分辨率,（3）,抗蚀性,（4）,粘附性,（5）,针孔密度,（6）,留膜率,（7）,性能稳定,三、,光刻胶的性能指标,20,21,4,光刻技术简介,紫外光为光源的曝光方式:,接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光三种,其他曝光方式:,X,射线曝光、电子束曝光、直接分步重复曝光、深紫外线曝光。,22,一、接触式曝光,由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜版的寿命降低。,23,接近式曝光是以牺牲分辨率来延长了掩膜版的寿命,大尺寸和小尺寸器件上同时保持线宽容限还有困难。另外，与接触式曝光相比，接近式曝光的操作比较复杂。,二、接近式曝光,24,避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长了掩膜版的寿命。,掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多，克服了小图形制版的困难。,消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面接触不平整而产生的光散射现象。,三、,投影式曝光,25,投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻设备中许多镜头需要特制，设备复杂,26,四、,X,射线曝光（,420埃）,基本要求：,一、材料的形变小，这样制成的图形尺寸及其相对位置的变化可以忽略。,二、要求掩膜衬底材料透,X,光能力强，而在它上面制作微细图形的材料透,X,光能力差，这样在光刻胶上可获得分辨率高的光刻图形。,27,28,五、电子束曝光,电子束曝光的特点：,电子束曝光的精度较高。电子束的斑点可以聚焦的很小，而且聚焦的景深很深，可用计算机控制，精度远比肉眼观察要高。,电子束曝光改变光刻图形十分简便。电子束曝光机是把各次曝光图形用计算机设计图形就只要重新编程。,29,电子束曝光不要掩膜版。,电子束曝光设备复杂，成本较高。,制作掩膜版,30,31,三个独特的优点：,（1）它是通过缩小投影系统成像的，因而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分辨率可达到11.5微米；,（2）不要1:1精缩掩膜，因而掩膜尺寸大，制作方便。由于使用了缩小透镜，原版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减小了原版缺陷的影响；,六、直接分步重复曝光,32,分步重复曝光光学原理图,33,（3）由于采用了逐步对准技术可补偿硅片尺寸的变化，提高了对准精度。逐步对准的方法 也可以降低对硅片表面平整度的要求。,34,七、深紫外线曝光,“,深紫外光,”,大致定义为180,nm,到330,nm,间的光谱能量。它进一步分为三个光带：200,nm,到260,nm；260nm,到285,nm,以及285,nm,到315,nm。,35,几种实用的光刻胶配方。,PMMA,对210,nm,到260,nm,的紫外光有感光性，感光性最佳的紫外光光谱约为220,nm；,PMIK,的紫外光感光光谱为220,nm,到330,nm，,峰值光谱约为190,nm,和285,nm。,36,AZ240,系列光刻胶的感光光谱为240,nm,到310,nm，,峰值光谱约为248,nm、300nm、315nm。,ODVR,系列光刻胶的感光光谱为200,nm,到315,nm，,峰值光谱为230,nm、280nm、300nm。,37,38,远紫外光作为曝光方法通常有两种：对准曝光和泛光曝光(不必对准)。,泛光曝光：该工艺又被称为,“,多层抗蚀剂技术,”,，它同时使用深紫外光和标准紫外光的抗蚀剂。深紫外光的抗蚀剂直接被甩到晶片上，填满所有的空隙，留下平坦的表面。然后在上面甩上第二层胶。(第二层胶一般为正胶)。,39,上面一层的抗蚀剂在步进光刻机用普通掩膜对准方式曝光，然后显影，这就会在深紫外光抗蚀剂上形成一层,“,共形,”,掩膜，所以不用再进行掩膜对准。然后带有共形掩膜的硅片在远紫外光下曝光，进一步处理，最后得到了分辨率相当高的线条和间隙结构图形。,40,41,八、各种曝光方式的比较,