復(fù)旦集成電路工藝課件-05

集成電路工藝原理

仇志軍zjqiu@邯鄲校區(qū)物理樓435室1上節(jié)課主要內(nèi)容基于衍射理論的光刻原理投影式（遠(yuǎn)場(chǎng)衍射）：分辨率、焦深、MTF、不相干度S接觸/接近式（近場(chǎng)衍射）:最小尺寸光刻膠：正膠/負(fù)膠光刻膠的組成i線/g線（PAC）DUV（PAG）掩模版制作光刻機(jī)工作模式：接觸式，接近式，投影式（掃描式，步進(jìn)式，步進(jìn)掃描式）2大綱第一章前言第二章晶體生長(zhǎng)第三章實(shí)驗(yàn)室凈化及硅片清洗第四章光刻第五章熱氧化第六章熱擴(kuò)散第七章離子注入第八章薄膜淀積第九章刻蝕第十章后端工藝與集成第十一章未來(lái)趨勢(shì)與挑戰(zhàn)3光刻膠的表征參數(shù)：1、對(duì)比度：膠區(qū)分亮區(qū)和暗區(qū)的能力mJ/cm2=mW/cm2×sec4對(duì)比度:Df即靈敏度注意：g線和i線膠那樣是靠光子一個(gè)一個(gè)曝光的，DUV膠不是。DUV膠一旦反應(yīng)開(kāi)始，則會(huì)在催化作用下，使反應(yīng)進(jìn)行到底。所以DUV膠從未曝光狀態(tài)到完全曝光狀態(tài)的轉(zhuǎn)變更為陡峭，即對(duì)比度更大。一般，g線和i線膠的對(duì)比度在2～3，而DUV膠的對(duì)比度為5～10。依賴于工藝參數(shù)，如：顯影液、前烘時(shí)間、曝光后及堅(jiān)膜的溫度，光源波長(zhǎng)和硅片的表面形貌等5空間圖像與光刻膠對(duì)比度結(jié)合，直接決定潛像的質(zhì)量CMTFMTF，膠才能分辨空間圖形g線和i線膠CMTF0.4，DUV膠為0.1～0.2。作業(yè)2、臨界調(diào)制傳遞函數(shù)CMTF(criticalmodulationtransferfunction)：膠分辨圖形所需的最小光學(xué)傳遞函數(shù)MTF。局部曝光區(qū)域決定圖形的陡直度f(wàn)6光刻膠的一些問(wèn)題1、由于硅片表面高低起伏，可能造成曝光不足或過(guò)曝光。線條寬度改變！72、下層反射造成駐波，下層散射降低圖像分辨率。DUV膠—>ARCg線和i線膠—>使用添加劑，吸光并降低反射，曝光后顯影前的烘烤也有利于緩解其駐波現(xiàn)象。8駐波對(duì)于光刻圖形的影響9光刻步驟簡(jiǎn)述前烘對(duì)準(zhǔn)及曝光堅(jiān)膜曝光后烘10光刻步驟詳述硅片增粘處理高溫烘培增粘劑處理：六甲基二硅胺烷（HMDS）勻膠機(jī)涂膠：3000～6000rpm，0.5~1mm前烘：10～30min，90～100C熱板去除光刻膠中的溶劑，改善膠與襯底的粘附性，增加抗蝕性，防止顯影時(shí)浮膠和鉆蝕。11硅片對(duì)準(zhǔn)，曝光每個(gè)視場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)曝光強(qiáng)度150mJ/cm2曝光后烘烤（PEB）：10min，100C顯影：30～60s浸泡顯影或噴霧顯影干法顯影AlignmentmarkPreviouspattern12堅(jiān)膜：10～30min，100～140C去除殘余溶劑、顯影時(shí)膠膜所吸收的顯影液和殘留水分，改善光刻膠的粘附性和抗蝕能力顯影檢查：缺陷、玷污、關(guān)鍵尺寸、對(duì)準(zhǔn)精度等，不合格則去膠返工。13Stepper&ScanSystemCanonFPA-4000ES1:248nm,8”wafer×80/hr,fieldview:25mm×33mm,alignment:70nm,NA:0.63,OAI透鏡成本下降、性能提升視場(chǎng)大尺寸控制更好變形小14圖形轉(zhuǎn)移——刻蝕15圖形轉(zhuǎn)移——?jiǎng)冸x（lift-off）16去膠溶劑去膠（strip）：Piranha(H2SO4:H2O2)。正膠：丙酮氧化去膠450CO2+膠CO2+H2O等離子去膠（Oxygenplasmaashing）高頻電場(chǎng)O2電離O－＋O＋O＋活性基與膠反應(yīng)CO2，CO，H2O。干法去膠（Ash)17光源NGL:X射線(5?)，電子束(0.62?)，離子束(0.12?)光源波長(zhǎng)(nm)術(shù)語(yǔ)技術(shù)節(jié)點(diǎn)汞燈436g線>0.5mm汞燈365i線0.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.25/0.13mmArF(激光)193193DUV90/65…32nmF2(激光)157VUVCaF2lenses激光激發(fā)Xe等離子體13.5EUVReflectivemirrors1、Usinglightsourcewithshorterl提高分辨率的方法18248nm157nm13.5nm193nm192、Reducingresolutionfactork1PhaseShiftMaskPatterndependent

k1canbereducedbyupto40%NormalMask1.相移掩模技術(shù)PSM(phaseshiftmask)附加材料造成光學(xué)路逕差異，達(dá)到反相20AlternatingPSMAttenuatedPSM……相移技術(shù)提高圖形分辨率選擇性腐蝕石英基板造成光學(xué)路逕差異，達(dá)到反相i~e2212.光學(xué)光刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)(RET)

光學(xué)臨近修正OPC(opticalproximitycorrection)在光刻版上進(jìn)行圖形修正，來(lái)補(bǔ)償衍射帶來(lái)的光刻圖形變形22OPC實(shí)例233、離軸照明技術(shù)OAI(off-axisillumination)可以減小對(duì)分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF24OAI的原理例如：當(dāng)1＝NA（1＋S）時(shí)，R可以提高1倍！25實(shí)現(xiàn)方式：環(huán)形照明四極照明兩極照明實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)照明方式相同的分辨率，可以用較小NA，所以焦深可以增加在投影曝光系統(tǒng)中，掩模圖形的空間像的對(duì)比度（MTF）依賴于投影物鏡中參與成像的1級(jí)以上衍射光的比例。由于收集了較多高頻信號(hào)，離軸照明技術(shù)通過(guò)降低成像光束中的低頻成分來(lái)提高高頻成分在總光強(qiáng)中的比例，從而提高了空間像的對(duì)比度。26Maskdesignandresistprocessl

[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Resistchemistry436,365nm:Photo-Active-Component(PAC)248,193nm:Photo-Acid-Generator(PAG)Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)4、光刻膠對(duì)比度改進(jìn)27Lensfabricationl

[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93StateoftheArt:l=193nm,k1=0.3,NA=0.93R60nm=1.36R40nmNumericalAperture:NA=nsinaImmersionLithographyanH2O5、增加數(shù)值孔徑282945,32,22nmTechnologynodes全氟聚烷基醚油3031EUV32MinimumfeaturesizeProduction20032005200720092011TechnologyNode90nm65nm45nm32nm22nmHalfpitch[nm]110105~80~55~39LG[nm]6042~30~21~16

l=193nm

l=193nmimmersion193nmimmersionwithhighern?pitchLGP.Bai,et.al.,IEDM200533EUV（Extremeultraviolet)34反射式掩模版35NGL（nextgenerationlithography—E-Beam直寫）PMMA光刻膠制作掩模版36電子束光刻問(wèn)題：1）速度慢！37電子束光刻問(wèn)題：2）電子散射及二次電子：線條寬>束斑真空下工作焦深大直寫，無(wú)掩膜版38電子束源：熱電子發(fā)射場(chǎng)發(fā)射光發(fā)射電子束發(fā)射后,被準(zhǔn)直或聚焦，然后加速到

20kV束斑直徑

≈100?和離子注入類似39其它可能的下一代光刻技術(shù)納米壓印（Nanoimprint）基于材料和工藝革新的“側(cè)墻轉(zhuǎn)移”技術(shù)（Sidewall/Spacer