光刻與刻蝕工藝課件

1、 集成電路制造工藝東華理工大學(xué) 彭新8章 光刻與刻蝕工藝光刻的重要性及要求1光刻工藝流程23濕法刻蝕與干法刻蝕技術(shù)45曝光光源、曝光方式以及掩膜版光刻工藝的分辨率及光刻膠東華理工大學(xué)光刻與刻蝕的定義光刻工藝的重要性：IC設(shè)計(jì)流程圖，光刻圖案用來定義IC中各種不同的區(qū)域，如：離子注入?yún)^(qū)、接觸窗、有源區(qū)、柵極、壓焊點(diǎn)、引線孔等主流微電子制造過程中，光刻是最復(fù)雜，昂貴和關(guān)鍵的工藝，占總成本的1/3，一個(gè)典型的硅工藝需要15-20塊掩膜，光刻工藝決定著整個(gè)IC工藝的特征尺寸，代表著工藝技術(shù)發(fā)展水平。圖形加工圖形曝光（光刻，Photolithography）圖形轉(zhuǎn)移（刻蝕，Et

2、ching）東華理工大學(xué)8.1 光刻工藝流程涂膠 前烘 曝光 顯影 后烘 刻蝕 去膠東華理工大學(xué)預(yù)烘及涂增強(qiáng)劑去除硅片表面的水分增強(qiáng)與光刻膠的黏附力（親水性，疏水性）溫度一般為150750之間可用涂覆增強(qiáng)劑（HMDS，六甲基乙硅氧烷）來增加黏附性東華理工大學(xué)涂膠（旋涂法）目的：形成厚度均勻、附著力強(qiáng)、沒有缺陷的光刻膠薄膜方法：旋涂法東華理工大學(xué)前烘目的：使膠膜內(nèi)溶劑充分揮發(fā)，干燥，降低灰塵污染增加膠膜與下層膜的黏附性及耐磨性區(qū)分曝光區(qū)和未曝光區(qū)的溶解速度方法：干燥循環(huán)熱風(fēng)紅外線輻射熱平板傳導(dǎo)（100左右）東華理工大學(xué)曝光后烘培目的：降低駐波效應(yīng)，形成均勻曝光東華理工大學(xué)刻蝕目的：選擇性地將未被

3、光刻膠掩蔽的區(qū)域去除方法：干法刻蝕 濕法刻蝕質(zhì)量指標(biāo)：分辨率 ； 選擇性東華理工大學(xué)8.2 分辨率(Resolution)定義：分辨率R表示每mm內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)，即每mm內(nèi)包含有多少可分辨的線對數(shù)東華理工大學(xué)光刻膠的組成聚合物材料（樹脂）：保證光刻膠的附著性和抗腐蝕性及其他特性，光化學(xué)反應(yīng)改變?nèi)芙庑愿泄獠牧希≒AC）：控制或調(diào)整光化學(xué)反應(yīng)，決定著曝光時(shí)間和劑量溶劑：將樹脂溶解為液體，使之易于涂覆添加劑：染色劑等東華理工大學(xué)正膠與負(fù)膠負(fù)膠的缺點(diǎn)： 樹脂的溶漲降低分辨率 溶劑（二甲苯）造成環(huán)境污染東華理工大學(xué) 對比度光刻膠膜厚曝光劑量響應(yīng)曲線對比度： 正膠： 負(fù)膠：對比度越高，側(cè)面越

4、陡，線寬更準(zhǔn)確對比度高，減少刻蝕過程中的鉆蝕效應(yīng)，提高分辨率東華理工大學(xué)其他特性光敏度膨脹性抗刻蝕能力和熱穩(wěn)定性黏著力溶解度和黏滯度微粒含量和金屬含量儲(chǔ)存壽命 理想曝光圖形與實(shí)際圖形的差別東華理工大學(xué)紫外（UV）光源 水銀弧光燈光源 i線（365nm） h線（405nm） g線（436nm） 缺點(diǎn)：能量利用率低（2） 準(zhǔn)直性差東華理工大學(xué)深紫外（ DUV ）光源 KrF、ArF、F2準(zhǔn)分子激光器 優(yōu)點(diǎn)：更高有效能量，各向異性，準(zhǔn)直，波長更小，空間相干低，分辨率高 缺點(diǎn)：帶寬寬，脈沖式發(fā)射，能量峰值大，損傷東華理工大學(xué)接觸式曝光(contact printer) 接觸式曝光 S=0，分辨率得到提

5、高（13um) 塵埃粒子的產(chǎn)生，導(dǎo)致掩膜版的損壞，降低成品率東華理工大學(xué)接近式曝光（proximity printer） 接近式曝光（3um） 最小線寬LCD=1.4(S)1/2 減少了掩膜版的損壞，但分辨率受到限制東華理工大學(xué)提高分辨率的方法離軸照明 提高分辨率 優(yōu)化焦深擴(kuò)大調(diào)焦范圍曝光 曝光接觸孔和通孔，需要更深聚焦深度化學(xué)增強(qiáng)的深紫外光刻膠 常規(guī)基體：PAG，保護(hù)劑，改良劑（易污染，更深UV難應(yīng)用） 深紫外基體：PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，抗蝕力不強(qiáng)，短儲(chǔ)存時(shí)間）東華理工大學(xué)8.5 掩膜版的制造石英板 熱擴(kuò)散系數(shù)小，刻寫過程中受T影響小 對248，193nm波長通透性好鉻層 刻蝕和淀積相

6、對容易 對光線完全不透明掩膜版保護(hù)膜東華理工大學(xué)X射線曝光類似接近式曝光更大的粒子質(zhì)量，更高的分辨率純的X射線源難以得到掩模版的制備存在挑戰(zhàn)在實(shí)際生產(chǎn)中難以應(yīng)用東華理工大學(xué)8.6 ULSI對圖形轉(zhuǎn)移的要求東華理工大學(xué)濕法刻蝕優(yōu)缺點(diǎn)各向同性選擇性好東華理工大學(xué)典型薄膜的濕法刻蝕Si的濕法刻蝕常規(guī)腐蝕：硝酸氫氟酸水定向腐蝕：KOH水溶液異丙醇東華理工大學(xué)SiO2的濕法腐蝕 氫氟酸氟化氨緩沖溶液Si3N4的濕法腐蝕 熱磷酸東華理工大學(xué)8.8 干法刻蝕干法刻蝕等離子刻蝕：化學(xué)反應(yīng)，高速率，高選擇比，低缺陷，但各向同性濺射刻蝕（粒子銑）：物理濺射，各向異性，低選擇比，高缺陷反應(yīng)粒子刻蝕：化學(xué)和物理雙重作

7、用，各性能介于二者之間利用等離子激活的化學(xué)反應(yīng)或者利用高能離子束轟擊完成去除物質(zhì)的方法東華理工大學(xué)等離子刻蝕的工藝過程?hào)|華理工大學(xué)共同點(diǎn)：都是利用低壓狀態(tài)下氣體放電來形成等離子體作為刻蝕基礎(chǔ)不同點(diǎn)：刻蝕系統(tǒng)壓力：等反濺；溫度：等反濺；功率：反之；氣流等相關(guān)可控參數(shù)。刻蝕機(jī)制：等離子刻蝕:（化學(xué)反應(yīng)）產(chǎn)生擴(kuò)散吸附反應(yīng)解吸濺射刻蝕:（物理濺射）產(chǎn)生加速轟擊濺射排除東華理工大學(xué)二氧化硅和硅的干法刻蝕高壓等離子刻蝕 CF4+e CF3+F（自由基）+e SiO2+4F SiF4（氣）+O2 Si+4F SiF4 （氣）加入氧氣對刻蝕的影響：刻蝕Si和SiO2的速度都加快，且Si刻蝕速度增加更快，降低SiO2/Si刻蝕的選擇性加入氫氣對刻蝕的影響：對SiO2的刻蝕影響不大，但可減小對Si的刻蝕速度，增加SiO2/Si刻蝕的選擇性東華理工大學(xué)增加氫增加氧東華理工大學(xué)聚合物的形成和側(cè)壁保護(hù)東華理工大學(xué)8.9 刻蝕速率離子能量和入射角氣體成分氣體流速溫度壓力、功率密度負(fù)載效應(yīng)離子加速反應(yīng)機(jī)理：離子轟擊產(chǎn)生損傷或缺陷離子轟擊直接離解反應(yīng)劑分子離子轟擊可清除表面不揮發(fā)性的殘余物質(zhì)東華理工大學(xué)小結(jié)掌握光刻工藝的重要性及潔凈度概念掌握光刻工藝流程（七步，目的