第九章基本光刻工藝ppt課件

1、第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 1n概述概述 n 在本章中，將引見(jiàn)從顯影到最終檢驗(yàn)所運(yùn)在本章中，將引見(jiàn)從顯影到最終檢驗(yàn)所運(yùn)用的根本方法。還涉及掩膜版工藝的運(yùn)用和定位用的根本方法。還涉及掩膜版工藝的運(yùn)用和定位錯(cuò)誤的討論。錯(cuò)誤的討論。n9.1 顯影顯影n 晶園經(jīng)過(guò)曝光后晶園經(jīng)過(guò)曝光后,器件或電路的圖形被以曝光器件或電路的圖形被以曝光和未曝光區(qū)域的方式記錄在光刻膠上。經(jīng)過(guò)對(duì)未和未曝光區(qū)域的方式記錄在光刻膠上。經(jīng)過(guò)對(duì)未聚合光刻膠的化學(xué)分解來(lái)使圖形顯影。經(jīng)過(guò)顯影聚合光刻膠的化學(xué)分解來(lái)使圖形顯影。經(jīng)過(guò)顯影完成掩膜幅員形到光刻膠上的轉(zhuǎn)移如下圖。完成掩膜幅員形到光刻膠上的轉(zhuǎn)移如下圖。n 不良顯影：不

2、完全顯影不良顯影：不完全顯影 顯影缺乏顯影缺乏 嚴(yán)重過(guò)顯影。嚴(yán)重過(guò)顯影。 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 2俯視表層光刻膠正確顯影顯影不足曝光后不完全顯影顯影后嚴(yán)重過(guò)顯影晶圓(a)(b)正光刻膠 負(fù)光刻膠 顯影劑 二甲苯 沖洗 水 Stoddard劑溶 n-酸丁酯醋 氫氧化鈉 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 3n負(fù)光刻膠顯影負(fù)光刻膠顯影n 當(dāng)負(fù)性光刻膠經(jīng)過(guò)曝光后，它會(huì)發(fā)生聚合，當(dāng)負(fù)性光刻膠經(jīng)過(guò)曝光后，它會(huì)發(fā)生聚合，在聚合與未聚合之間有足夠高的分辨率，從而在在聚合與未聚合之間有足夠高的分辨率，從而在顯影過(guò)程中聚合的區(qū)域只會(huì)失去很小部分光刻膠，顯影過(guò)程中聚合的區(qū)域只會(huì)失去很小部

3、分光刻膠，而未聚合的區(qū)域那么在顯影過(guò)程中分解，但由于而未聚合的區(qū)域那么在顯影過(guò)程中分解，但由于兩個(gè)區(qū)域之間總是存在過(guò)渡兩個(gè)區(qū)域之間總是存在過(guò)渡n 區(qū)，過(guò)渡區(qū)是部分聚合的區(qū)，過(guò)渡區(qū)是部分聚合的n 光刻膠，所以，顯影終了光刻膠，所以，顯影終了n 后必需及時(shí)沖洗，使顯影后必需及時(shí)沖洗，使顯影n 液很快稀釋?zhuān)ＷC過(guò)渡區(qū)液很快稀釋?zhuān)ＷC過(guò)渡區(qū)n 不被顯影，使顯影后的圖不被顯影，使顯影后的圖n 形得以完好。形得以完好。掩膜版反光刻膠層晶圓聚合的光刻膠部分聚合的光刻膠未聚合的光刻膠第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 4n正光刻膠顯影正光刻膠顯影n 對(duì)于正性光刻膠，聚合與未聚合區(qū)域的溶對(duì)于正性光刻膠，聚

4、合與未聚合區(qū)域的溶解率約為解率約為1:4。這意味著在顯影中總會(huì)從聚合的區(qū)。這意味著在顯影中總會(huì)從聚合的區(qū)域失去一些光刻膠。運(yùn)用過(guò)渡的顯影液或顯影時(shí)域失去一些光刻膠。運(yùn)用過(guò)渡的顯影液或顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致光刻膠太薄而不能運(yùn)用。間過(guò)長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致光刻膠太薄而不能運(yùn)用。n 通常要求不高的正光刻膠顯影運(yùn)用減水通常要求不高的正光刻膠顯影運(yùn)用減水溶液和非離子溶液，對(duì)制造敏感電路運(yùn)用疊氮化溶液和非離子溶液，對(duì)制造敏感電路運(yùn)用疊氮化四甲基銨氫氧化物的溶液。四甲基銨氫氧化物的溶液。n 正性光刻膠的顯影工藝比負(fù)性光刻膠更為正性光刻膠的顯影工藝比負(fù)性光刻膠更為敏感，影響的要素有：軟烘焙時(shí)間和溫度、曝光敏感，影響的要素有

5、：軟烘焙時(shí)間和溫度、曝光度、顯影液濃度、時(shí)間、溫度以及顯影方法。顯度、顯影液濃度、時(shí)間、溫度以及顯影方法。顯影工藝參數(shù)由一切變量的測(cè)試來(lái)決議。影工藝參數(shù)由一切變量的測(cè)試來(lái)決議。n 圖圖9.4顯示了一個(gè)特定的工藝參數(shù)對(duì)線(xiàn)寬的影顯示了一個(gè)特定的工藝參數(shù)對(duì)線(xiàn)寬的影響。響。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 5 圖9.4 顯影劑溫度和曝光關(guān)系與線(xiàn)寬變化的比較20 s 光曝16 s 光曝 12 s 光曝8 s 光曝光刻膠厚度： mm 1持續(xù)曝光時(shí)間：0 s 5（基于8F8 6?s 曝光） 顯影劑濃度：0% 5曝光后烘焙：無(wú)線(xiàn)寬變化（mm）顯影劑溫度（?F+1.50+1.40+1.30+1.10+0

6、.90+0.90+0.70+0.50+0.10+0.1068727680第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 6n顯影方式顯影方式n 顯影方式分為：濕法顯影顯影方式分為：濕法顯影 干法等離子顯干法等離子顯影影n濕法顯影濕法顯影 沉浸沉浸 放射放射 混凝混凝n沉浸顯影沉浸顯影 n 最原始的方法。就是將待顯影的晶園放入最原始的方法。就是將待顯影的晶園放入盛有顯影液的容器中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間再放入加盛有顯影液的容器中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間再放入加有化學(xué)沖洗液的池中進(jìn)展沖洗。比較簡(jiǎn)單，但存有化學(xué)沖洗液的池中進(jìn)展沖洗。比較簡(jiǎn)單，但存在的問(wèn)題較多，比如：液體外表張力會(huì)阻止顯影在的問(wèn)題較多，比如：液體外表張力會(huì)

7、阻止顯影液進(jìn)入微小開(kāi)孔區(qū)；溶解的光刻膠粘在晶園外表液進(jìn)入微小開(kāi)孔區(qū)；溶解的光刻膠粘在晶園外表影響顯影質(zhì)量；隨著顯影次數(shù)添加顯影液的稀釋影響顯影質(zhì)量；隨著顯影次數(shù)添加顯影液的稀釋和污染；顯影溫度對(duì)顯影率的影響等。和污染；顯影溫度對(duì)顯影率的影響等。n放射顯影放射顯影 n 顯影系統(tǒng)如圖顯影系統(tǒng)如圖9.7所示。由此可見(jiàn)，顯影劑所示。由此可見(jiàn)，顯影劑和沖洗液都是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)完成，每次用的顯影和沖洗液都是在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)完成，每次用的顯影液液第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 7 和沖洗液都是新的，所 以較沉浸系統(tǒng)清潔，由 于采用放射系統(tǒng)也可大 大節(jié)約化學(xué)品的運(yùn)用。 所以此工藝很受歡迎， 特別是對(duì)負(fù)性光

8、刻膠工 藝 。 對(duì)正性光刻膠工藝 來(lái)說(shuō) 由于溫度的敏感 性，當(dāng)液體在壓力下從噴嘴噴出后很快冷卻，要保證溫度必需加熱晶園吸盤(pán)。從而添加了設(shè)備的復(fù)查性和工藝難度。 沖洗顯影劑真空第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 2 n混凝顯影混凝顯影n 雖然放射顯影有很多有點(diǎn)，但對(duì)正性光刻雖然放射顯影有很多有點(diǎn)，但對(duì)正性光刻膠顯影還存在一些問(wèn)題，混凝顯影就是針對(duì)所存膠顯影還存在一些問(wèn)題，混凝顯影就是針對(duì)所存在地問(wèn)題而改良的一種針對(duì)正性膠的光刻工藝，在地問(wèn)題而改良的一種針對(duì)正性膠的光刻工藝，差別在于顯影化學(xué)品的不同。差別在于顯影化學(xué)品的不同。n 如下圖，首先在靜止的晶園外表上覆蓋一層顯如下圖，首先在靜止的晶

9、園外表上覆蓋一層顯影液，停留一段時(shí)間吸盤(pán)加熱過(guò)程，在此過(guò)影液，停留一段時(shí)間吸盤(pán)加熱過(guò)程，在此過(guò)程中，大部分顯影會(huì)發(fā)生，然后旋轉(zhuǎn)并有更多的程中，大部分顯影會(huì)發(fā)生，然后旋轉(zhuǎn)并有更多的顯影液噴到晶園外表并沖洗、枯燥。顯影液噴到晶園外表并沖洗、枯燥。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 9n干法顯影干法顯影n 液體工藝的自動(dòng)化程度不高，并且化學(xué)品的液體工藝的自動(dòng)化程度不高，并且化學(xué)品的采購(gòu)、存儲(chǔ)、控制和處置費(fèi)用昂貴，取代液體化采購(gòu)、存儲(chǔ)、控制和處置費(fèi)用昂貴，取代液體化學(xué)顯影的途徑是運(yùn)用等離子體刻蝕工藝，該工藝學(xué)顯影的途徑是運(yùn)用等離子體刻蝕工藝，該工藝現(xiàn)已非常成熟。在此工藝中，離子從等離子體場(chǎng)現(xiàn)已非

10、常成熟。在此工藝中，離子從等離子體場(chǎng)得到能量，以化學(xué)方式分解暴露的晶園外表層。得到能量，以化學(xué)方式分解暴露的晶園外表層。干法光刻顯影要求光刻膠化學(xué)物的曝光或未曝光干法光刻顯影要求光刻膠化學(xué)物的曝光或未曝光的之一易于被氧等離子體去除。詳細(xì)內(nèi)容在第十的之一易于被氧等離子體去除。詳細(xì)內(nèi)容在第十章中引見(jiàn)。章中引見(jiàn)。n9.2 硬烘焙硬烘焙n 硬烘焙的作用是蒸發(fā)濕法顯影過(guò)程中吸收硬烘焙的作用是蒸發(fā)濕法顯影過(guò)程中吸收在光刻膠中溶液，添加光刻膠和晶園外表的粘結(jié)在光刻膠中溶液，添加光刻膠和晶園外表的粘結(jié)才干，保證下一步的刻蝕工藝得以順利進(jìn)展。才干，保證下一步的刻蝕工藝得以順利進(jìn)展。第九章 根本光刻工藝- 從曝光

11、到最終檢驗(yàn) 10n硬烘焙方法硬烘焙方法n 在方法和設(shè)備上與前面引見(jiàn)的軟烘焙類(lèi)似。在方法和設(shè)備上與前面引見(jiàn)的軟烘焙類(lèi)似。n烘焙工藝烘焙工藝n 時(shí)間和溫度依然是主要的工藝參數(shù)，普通時(shí)間和溫度依然是主要的工藝參數(shù)，普通是制造商引薦，工藝工程師準(zhǔn)確調(diào)整。對(duì)普通運(yùn)是制造商引薦，工藝工程師準(zhǔn)確調(diào)整。對(duì)普通運(yùn)用的對(duì)流爐，溫度：用的對(duì)流爐，溫度：130200，時(shí)間：，時(shí)間：30分分鐘。對(duì)其他方法溫度和時(shí)間各不一樣。熱烘焙添鐘。對(duì)其他方法溫度和時(shí)間各不一樣。熱烘焙添加粘度的機(jī)理是光刻膠的脫水和聚合，從而添加加粘度的機(jī)理是光刻膠的脫水和聚合，從而添加光刻膠的耐蝕性。光刻膠的耐蝕性。n 烘焙溫度太低，脫水和聚合不徹

12、底，溫度烘焙溫度太低，脫水和聚合不徹底，溫度太高光刻膠容易變軟甚至流動(dòng)如圖太高光刻膠容易變軟甚至流動(dòng)如圖9.9所示，所示，所以溫度的控制極為嚴(yán)厲。所以溫度的控制極為嚴(yán)厲。n 硬烘焙是在顯影后立刻進(jìn)展，或者在刻蝕硬烘焙是在顯影后立刻進(jìn)展，或者在刻蝕前進(jìn)展，工藝流程如圖前進(jìn)展，工藝流程如圖9.10 所示。所示。 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 11圖9.9 光刻膠在高溫下的流動(dòng)硬烘焙工藝流程顯影檢驗(yàn)硬烘焙刻蝕刻蝕刻蝕顯影烘焙/顯影烘焙/檢驗(yàn)檢驗(yàn)重新烘焙第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 12n顯影檢驗(yàn)顯影檢驗(yàn)n 任何一次工藝任何一次工藝過(guò)后都要進(jìn)展檢驗(yàn)，過(guò)后都要進(jìn)展檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格

13、的晶園流經(jīng)檢驗(yàn)合格的晶園流入下一道工藝，對(duì)顯入下一道工藝，對(duì)顯影檢驗(yàn)不合格的晶園影檢驗(yàn)不合格的晶園可以返工重新曝光、可以返工重新曝光、顯影。工藝流程如下顯影。工藝流程如下圖。圖。n顯影檢驗(yàn)的內(nèi)容顯影檢驗(yàn)的內(nèi)容n 圖形尺寸上的圖形尺寸上的偏向，定位不準(zhǔn)的圖偏向，定位不準(zhǔn)的圖形，外表問(wèn)題光刻形，外表問(wèn)題光刻膠的污染、空洞或劃膠的污染、空洞或劃去水合物點(diǎn)膠烘焙定位和曝光顯影檢驗(yàn)合格晶圓光刻膠去除拒收的晶圓顯影和烘焙第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 13第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 14 傷，以及污點(diǎn)和其他的外表不規(guī)那么等。檢驗(yàn)方法 人工檢驗(yàn) 自動(dòng)檢驗(yàn)人工檢驗(yàn) 以下圖是一個(gè)典型的人

14、工檢驗(yàn)次序和內(nèi)容步驟檢查內(nèi)容方法1.2.3.污點(diǎn)大的污染/裸眼UV/光污點(diǎn)大的污染/圖案不規(guī)則性定位不準(zhǔn)100400顯微鏡倍SEM/AFM/動(dòng)自檢驗(yàn)設(shè)備微觀(guān)尺寸顯微鏡SEM/AFM/第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 1 5n自動(dòng)檢驗(yàn)自動(dòng)檢驗(yàn)n 隨著晶園尺寸增大和元件尺寸的減小，制隨著晶園尺寸增大和元件尺寸的減小，制造工藝變得更加繁多和精細(xì)，人工檢驗(yàn)的效能也造工藝變得更加繁多和精細(xì)，人工檢驗(yàn)的效能也到了極限?？商綔y(cè)外表和圖形失真的自動(dòng)檢驗(yàn)系到了極限?？商綔y(cè)外表和圖形失真的自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)成了在線(xiàn)和非在線(xiàn)檢驗(yàn)的選擇。詳細(xì)內(nèi)容在第統(tǒng)成了在線(xiàn)和非在線(xiàn)檢驗(yàn)的選擇。詳細(xì)內(nèi)容在第14章中引見(jiàn)。章中引見(jiàn)。

15、n9.4 刻蝕刻蝕n 在完成顯影檢驗(yàn)后，掩膜版的圖形就被固在完成顯影檢驗(yàn)后，掩膜版的圖形就被固定在光刻膠膜上并預(yù)備刻蝕。經(jīng)過(guò)刻蝕圖形就永定在光刻膠膜上并預(yù)備刻蝕。經(jīng)過(guò)刻蝕圖形就永久留在晶園的表層。久留在晶園的表層。n 刻蝕工藝分為兩大類(lèi)：濕法和干法刻蝕?？涛g工藝分為兩大類(lèi)：濕法和干法刻蝕。n 無(wú)論那一種方法，其目的都是將光刻掩膜版上無(wú)論那一種方法，其目的都是將光刻掩膜版上的圖形準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到晶園外表。同時(shí)要求一致性、的圖形準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到晶園外表。同時(shí)要求一致性、邊緣輪廓控制、選擇性、干凈度都符合要求。邊緣輪廓控制、選擇性、干凈度都符合要求。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 1 6光刻膠被刻

16、蝕資料(a) 有光刻膠圖形的襯底(b) 刻蝕后的襯底光刻膠被維護(hù)層第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 1 7濕法各向同性化學(xué)腐蝕層各向同性刻蝕是在各個(gè)方向上以同樣的速度進(jìn)展刻蝕襯底膜膠第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 1 8n具有垂直刻蝕剖面的各向異性刻蝕n各向異性刻蝕是僅在一個(gè)方向刻蝕ResistSubstrateFilm第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 19n濕法刻蝕濕法刻蝕n 最原始的刻蝕工藝，就是將晶園沉浸于裝最原始的刻蝕工藝，就是將晶園沉浸于裝有刻蝕液的槽中經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，再傳送到?jīng)_洗有刻蝕液的槽中經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，再傳送到?jīng)_洗設(shè)備中除去剩余的酸刻蝕液在進(jìn)展最終的

17、沖設(shè)備中除去剩余的酸刻蝕液在進(jìn)展最終的沖洗和甩干。此工藝只能用于特征尺寸大于洗和甩干。此工藝只能用于特征尺寸大于3m的的產(chǎn)品，小于產(chǎn)品，小于3m的產(chǎn)品由于控制和精度的需求普的產(chǎn)品由于控制和精度的需求普通運(yùn)用干法刻蝕了。通運(yùn)用干法刻蝕了。n 刻蝕的一致性和工藝控制由附加的加熱和攪刻蝕的一致性和工藝控制由附加的加熱和攪動(dòng)設(shè)備來(lái)提高，常用的是帶有超聲波的刻蝕槽。動(dòng)設(shè)備來(lái)提高，常用的是帶有超聲波的刻蝕槽。n 刻蝕液的選擇要求具有良好的選擇性，即在刻蝕液的選擇要求具有良好的選擇性，即在刻蝕時(shí)要有均勻去掉晶園表層而又不傷及下一層刻蝕時(shí)要有均勻去掉晶園表層而又不傷及下一層的資料。的資料。n 刻蝕時(shí)間是一個(gè)重

18、要的工藝參數(shù)，最短時(shí)刻蝕時(shí)間是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，最短時(shí)間是保證徹底、干凈的均勻刻蝕；而最長(zhǎng)時(shí)間受間是保證徹底、干凈的均勻刻蝕；而最長(zhǎng)時(shí)間受限于光刻膠在晶園外表的粘結(jié)時(shí)間。限于光刻膠在晶園外表的粘結(jié)時(shí)間。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 20n刻蝕工藝中容易出現(xiàn)的問(wèn)題：過(guò)刻蝕、內(nèi)切、選擇性和側(cè)邊的各向異性/各向同性刻蝕。n不完全刻蝕n 是指外表層刻蝕不n 徹底，如下圖。n 產(chǎn)生的緣由：太短的刻蝕時(shí)間；薄厚不均勻的待刻蝕層；過(guò)低的刻蝕溫度。n過(guò)刻蝕和底切 n 與不完全刻蝕相反，不過(guò)通常是有認(rèn)識(shí)的過(guò)刻蝕，由于恰到益處是很難做到的。理想的刻蝕應(yīng)該是構(gòu)成垂直的側(cè)邊如下圖 ，產(chǎn)生這種理想結(jié)果的刻

19、蝕技術(shù)叫做各向異性刻蝕。然而，刻蝕總是在各個(gè)方向同時(shí)進(jìn)展的，這樣就防止不晶圓光刻膠層第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 21 了在側(cè)面構(gòu)成一個(gè)斜面，這 種 景 象 稱(chēng) 為 底 切如下圖?？涛g的目的是把這種底切控制在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi)。由于這種底切的存在，在電路設(shè)計(jì)時(shí)必需思索即各器件之間留有余量以防止電路短路。徹底處理底切的方法是采用等離子體刻蝕。正常過(guò)刻蝕過(guò)刻蝕和光刻膠翹起第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 22n產(chǎn)生底切的緣由產(chǎn)生底切的緣由n 除了各向同性刻蝕以外，產(chǎn)生底切的緣由有：除了各向同性刻蝕以外，產(chǎn)生底切的緣由有：時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、溫度過(guò)高、刻蝕液濃度太高、光刻膠時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、溫度

20、過(guò)高、刻蝕液濃度太高、光刻膠和晶園外表的粘結(jié)力較弱、開(kāi)孔邊緣粘結(jié)力失效和晶園外表的粘結(jié)力較弱、開(kāi)孔邊緣粘結(jié)力失效等。等。n選擇性選擇性n 理想的刻蝕特性是：既要把該刻蝕的徹底、理想的刻蝕特性是：既要把該刻蝕的徹底、干凈地刻蝕掉，又要把不該刻蝕的原樣保管。這干凈地刻蝕掉，又要把不該刻蝕的原樣保管。這就是刻蝕的選擇性。雖然不能完全做到，但在刻就是刻蝕的選擇性。雖然不能完全做到，但在刻蝕液的選擇上盡量保證。同一種刻蝕液對(duì)不同的蝕液的選擇上盡量保證。同一種刻蝕液對(duì)不同的資料刻蝕速度是不同的，通常用刻蝕速率來(lái)描寫(xiě)。資料刻蝕速度是不同的，通常用刻蝕速率來(lái)描寫(xiě)。比如：比如：SiO2/Si的選擇性從的選擇性從

21、2040。高選擇性意。高選擇性意味著下表層很少或沒(méi)有被刻蝕。味著下表層很少或沒(méi)有被刻蝕。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 23n不同資料的刻蝕其工藝略有不同，不同資料的不同刻蝕工藝見(jiàn)9.549.510節(jié)。n9.6 干法刻蝕n 對(duì)于小尺寸濕法刻蝕的局限性前面曾經(jīng)提到，主要包括：局限于3m以上的圖形尺寸；各向同性刻蝕導(dǎo)致邊側(cè)構(gòu)成斜坡；要求沖洗和枯燥步驟；潛在地污染；光刻膠粘結(jié)力失效導(dǎo)致底切。n 基于這些緣由，干法刻蝕主要用于先進(jìn)電路的小尺寸精細(xì)刻蝕中。n 干法刻蝕是指以氣體為主要媒體的刻蝕技術(shù)，晶園不需求液體化學(xué)品或沖洗，刻蝕過(guò)程在枯燥的形狀進(jìn)出系統(tǒng)。刻蝕方法見(jiàn)以下圖。第九章 根本光刻工藝

22、- 從曝光到最終檢驗(yàn) 24n干法刻蝕與濕法刻蝕相比的優(yōu)點(diǎn)：n刻蝕剖面是各向異性，具有非常好的惻壁剖面控制；n好的CD控制；n最小的光刻膠零落或黏附問(wèn)題；n好的片內(nèi)、片間、批次間的刻蝕均勻性；n較低的化學(xué)制品運(yùn)用和處置費(fèi)用。刻蝕濕法干法沉浸噴射等離子體離子轟擊反應(yīng)離子刻蝕（.I.ER）桶形平面第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 25n等離子體等離子體n 等離子體是一種中性、高能量、離子化的等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包括中性原子或分子、帶電離子和自在電氣體，包括中性原子或分子、帶電離子和自在電子。當(dāng)從中性原子中去除一個(gè)價(jià)電子時(shí)，構(gòu)成正子。當(dāng)從中性原子中去除一個(gè)價(jià)電子時(shí)，構(gòu)成正

23、離子和自在電子。例如，當(dāng)原子構(gòu)造內(nèi)的原子和離子和自在電子。例如，當(dāng)原子構(gòu)造內(nèi)的原子和電子數(shù)目相等時(shí)氟是中性的，當(dāng)一個(gè)電子從它的電子數(shù)目相等時(shí)氟是中性的，當(dāng)一個(gè)電子從它的核內(nèi)分別出去后氟就離子化了見(jiàn)以下圖。在核內(nèi)分別出去后氟就離子化了見(jiàn)以下圖。在一個(gè)有限的工藝腔內(nèi)，利用強(qiáng)直流或交流磁場(chǎng)或一個(gè)有限的工藝腔內(nèi)，利用強(qiáng)直流或交流磁場(chǎng)或用某些電子源轟擊氣體原子都會(huì)導(dǎo)致氣體原子的用某些電子源轟擊氣體原子都會(huì)導(dǎo)致氣體原子的離子化。離子化。 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 26 等離子體刻蝕等離子體刻蝕離子的構(gòu)成離子的構(gòu)成 F +9離子是質(zhì)子與電子數(shù)不等地原子電子從主原子中分別出來(lái).少一個(gè)電子的氟原

24、子到原子失去一個(gè)電子時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正離子 F +9具有質(zhì)子9和電子9數(shù)目相等地中性粒子是原子氟原子總共有7個(gè)價(jià)電子價(jià)層環(huán)最多能有8個(gè)電子價(jià)層電子內(nèi)層電子在原子核中的質(zhì)子未顯示電子第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 27硅片的等離子體刻蝕過(guò)程 8) 副產(chǎn)物去除 1) 刻蝕氣體進(jìn)入反響室襯底刻蝕反響室 2) 電場(chǎng)使反響物分解 5) 反響離子吸附在外表 4) 反響正離子轟擊外表 6) 原子團(tuán)和外表膜的外表反響排氣氣體傳送RF 發(fā)生器副產(chǎn)物 3) 電子和原子結(jié)合產(chǎn)生等離子體 7) 副產(chǎn)物解吸附陰極陽(yáng)極電場(chǎng)ll各向異性刻蝕各向同性刻蝕第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 28n等離子體刻蝕反響器等

25、離子體刻蝕反響器n園桶式等離子體刻蝕機(jī)園桶式等離子體刻蝕機(jī)n 早期的離子體系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成圓柱形的如早期的離子體系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成圓柱形的如圖，在圖，在0.11托的壓力下具有幾乎完全的化學(xué)托的壓力下具有幾乎完全的化學(xué)各向同性刻蝕，硅片垂直、小間距地裝在一個(gè)石各向同性刻蝕，硅片垂直、小間距地裝在一個(gè)石英舟上。射頻功率加在圓柱兩邊的電極上。英舟上。射頻功率加在圓柱兩邊的電極上。反應(yīng)氣體真空產(chǎn)生射頻的線(xiàn)圈第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 29n平板平面等離子體刻蝕機(jī)n 平板平面等離子體刻蝕機(jī)有兩個(gè)大小和位置對(duì)稱(chēng)的平行金屬板，一個(gè)硅片反面朝下放置于接地的陰極上面，RF信號(hào)加在反響器的上電極。由于等離子體

26、電勢(shì)總是高于地電勢(shì)，因此是一種帶能離子進(jìn)展轟擊的等離子體刻蝕方式。相對(duì)于桶形刻蝕系統(tǒng)，具有各向異性刻蝕的特點(diǎn)，從而可得幾乎垂直的側(cè)邊。另外，旋轉(zhuǎn)晶園盤(pán)可添加刻蝕的均勻性。該系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成批量和單個(gè)晶園反響室設(shè)置。單個(gè)晶園系統(tǒng)因其可對(duì)刻蝕參數(shù)精細(xì)控制，以得到均勻刻蝕而遭到歡迎。 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 30平板等離子體刻蝕晶圓反應(yīng)氣體等離子體場(chǎng)電極接地射頻n粒子束刻蝕粒子束刻蝕n 粒子束刻蝕也是干法刻蝕的一種，與化學(xué)粒子束刻蝕也是干法刻蝕的一種，與化學(xué)等離子體刻蝕不同的是粒子束刻蝕是一個(gè)物理工等離子體刻蝕不同的是粒子束刻蝕是一個(gè)物理工藝。如下圖，晶園在真空反響室內(nèi)被置于固定器藝。

27、如下圖，晶園在真空反響室內(nèi)被置于固定器上，并且向反響室導(dǎo)入氬氣流。氬氣進(jìn)入反響室上，并且向反響室導(dǎo)入氬氣流。氬氣進(jìn)入反響室便遭到從一對(duì)陰陽(yáng)極來(lái)的高能電子束流的影響。便遭到從一對(duì)陰陽(yáng)極來(lái)的高能電子束流的影響。電子將氬原子離子化成帶正電荷的高能形狀。由電子將氬原子離子化成帶正電荷的高能形狀。由于晶園位于接負(fù)極的固定器上，從而氬離子便被于晶園位于接負(fù)極的固定器上，從而氬離子便被吸向固定器。在挪動(dòng)的同時(shí)被加速以提高能量。吸向固定器。在挪動(dòng)的同時(shí)被加速以提高能量。在晶園外表上它們轟擊進(jìn)入暴露的晶園層并從晶在晶園外表上它們轟擊進(jìn)入暴露的晶園層并從晶園外表炸掉一小部分從而到達(dá)刻蝕的目的。園外表炸掉一小部分從

28、而到達(dá)刻蝕的目的。 第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 31第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 32n優(yōu)點(diǎn)：刻蝕的方向n 性非常好屬于各n 向異性，非常適n 合高精度的小開(kāi)口n 區(qū)域刻蝕n缺陷：選擇性差，n 存在離子化構(gòu)成的n 輻射損害。n粒子束轟擊表示圖第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 33n干法刻蝕中光刻膠的影響干法刻蝕中光刻膠的影響n(yōu) 對(duì)于濕法和干法刻蝕兩種工藝，圖形維護(hù)層對(duì)于濕法和干法刻蝕兩種工藝，圖形維護(hù)層是光刻膠層。在濕法刻蝕中對(duì)光刻膠層幾乎沒(méi)有是光刻膠層。在濕法刻蝕中對(duì)光刻膠層幾乎沒(méi)有來(lái)自刻蝕劑的刻蝕。然而在干法刻蝕中，剩余的來(lái)自刻蝕劑的刻蝕。然而在干法刻蝕中

29、，剩余的氧氣會(huì)刻蝕光刻膠層。因此光刻膠層必需保證足氧氣會(huì)刻蝕光刻膠層。因此光刻膠層必需保證足夠的厚度以應(yīng)付刻蝕劑的刻蝕而不至于變薄出現(xiàn)夠的厚度以應(yīng)付刻蝕劑的刻蝕而不至于變薄出現(xiàn)空洞?？斩?。n 另一個(gè)與光刻膠相關(guān)的干法刻蝕問(wèn)題是光刻另一個(gè)與光刻膠相關(guān)的干法刻蝕問(wèn)題是光刻膠烘焙。在干法刻蝕反響室內(nèi)，溫度可升到膠烘焙。在干法刻蝕反響室內(nèi)，溫度可升到200，這樣的溫度可把光刻膠烘焙到一個(gè)難于，這樣的溫度可把光刻膠烘焙到一個(gè)難于從晶園外表去除的形狀，還有就是高溫下光刻膠從晶園外表去除的形狀，還有就是高溫下光刻膠的流動(dòng)傾向會(huì)使圖形變差。的流動(dòng)傾向會(huì)使圖形變差。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 34

30、9.7 光刻膠的去除 刻蝕工藝完成后，作為刻蝕阻撓層的光刻膠曾經(jīng)完成義務(wù)，必需從外表去掉。傳統(tǒng)的方法是用濕法化學(xué)工藝去除，雖然有一些問(wèn)題，濕法去除在前線(xiàn)工藝還是經(jīng)常采用的一種方法特別是硅片外表和MOS柵極暴露并易于遭到等離子體中氧氣離子的損傷。 另一種是干法的等離子體去除，在后線(xiàn)工藝中經(jīng)常采用此時(shí)硅片和MOS柵極曾經(jīng)被絕緣和金屬層覆蓋。 濕法去除有許多不同的化學(xué)品被由于去除工藝，其選擇根據(jù)是晶園表層、產(chǎn)品思索、光刻膠極性和光刻膠的形狀見(jiàn)以下圖。第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 35n濕法光刻膠去除表n優(yōu)點(diǎn)：本錢(qián)有效性好；可有效去除金屬離子；低n 溫工藝并且不會(huì)將晶園暴露于能夠的損傷n 性輻射。去除劑化學(xué)品去膠溫度（?C金屬化表面氧化物光刻膠極性酸：硫酸氧化劑+ 有機(jī)酸鉻硫酸溶液/溶液：NMP/AlkanolamineDMSO/MonothanolamineDMAC/DiethanolamineHydroxylamine (HDA)125 90110 20 95 95 100 65X X X X X X X X+/- +/- +/- + + + +第九章 根本光刻工藝- 從曝光到最終檢驗(yàn) 36n無(wú)金屬外表的濕法化學(xué)去除無(wú)金屬外表的濕法化學(xué)去除n 硫酸和