集成電路-光刻工藝

1第六章光刻工藝§1基本概念2一、光刻的定義：光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。二、光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形，從而實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬薄膜布線的目的。3三、工藝流程：以負(fù)膠為例來(lái)說(shuō)明這八個(gè)步驟，一般可分為：打底膜->涂膠->前烘->曝光->顯影->后烘->腐蝕->去膠。4打底膜（六甲基二硅亞胺HMDS）六甲基二硅亞胺HMDS反應(yīng)機(jī)理SiO2SiO2OHOH＋(CH3)3SiNHSi(CH3)3O-Si(CH3)3O-Si(CH3)3+NH3567曝光有多種方法：光學(xué)曝光就可分為接觸式、接近式、投影式、直接分步重復(fù)曝光。此外，還有電子束曝光和X射線曝光等。曝光時(shí)間、氮?dú)忉尫拧⒀鯕?、駐波和光線平行度都是影響曝光質(zhì)量曝光方法8910§2光刻質(zhì)量要求與分析一、光刻的質(zhì)量要求：光刻的質(zhì)量直接影響到器件的性能，成品率和可靠性。對(duì)其有如下要求，刻蝕的圖形完整性好，尺寸準(zhǔn)確，邊緣整齊，線條陡直；圖形內(nèi)無(wú)針孔，圖形外無(wú)小島，不染色；硅片表面清潔，無(wú)底膜；圖形套刻準(zhǔn)確。11光刻膠的質(zhì)量和放置壽命(6個(gè)月).顆粒<0.2

m,金屬離子含量很少化學(xué)穩(wěn)定,光/熱穩(wěn)定度粘度12二、光刻的質(zhì)量分析：（1）影響分辨率的因素：A、光刻掩膜版與光刻膠的接觸;B、曝光光線的平行度;C、掩膜版的質(zhì)量和套刻精度直接影響光刻精度;D、小圖形引起逛衍射;E、光刻膠膜厚度和質(zhì)量的影響：F、曝光時(shí)間的影響：13（2）針孔（3）小島（4）浮膠（5）毛刺、鉆蝕G、襯底反射影響：

H、顯影和刻蝕的影響：14§3光刻膠光刻膠的分類和光刻膠的質(zhì)量要求。一、正膠和負(fù)膠：根據(jù)光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，可將分為正膠和負(fù)膠。正膠：曝光前不可溶，曝光后可溶負(fù)膠：曝光前可溶，曝光后不可溶15二、光刻膠的感光機(jī)理聚乙烯醇肉桂酸酯KPR膠的光交聯(lián)(聚合)161.負(fù)性膠由光產(chǎn)生交聯(lián)常用負(fù)膠有聚肉桂酸酯類、聚酯類和聚烴類,2.正性膠由光產(chǎn)生分解膠襯底膠襯底膠襯底掩膜曝光膠襯底顯影負(fù)膠正膠17聚乙烯醇肉桂酸酯KPR常用負(fù)膠有聚肉桂酸酯類、聚酯類和聚烴類18DNQ-酚醛樹脂光刻膠的化學(xué)反應(yīng)

(光活潑化合物)O=S=OORO=S=OORN2oo(1)(2)h

-N2重新排列O=S=OORO=S=OORcoOHco(4)(3)+H2O19（1）感光度

（2）分辨率（3）抗蝕性（4）粘附性（5）針孔密度（6）留膜率（7）性能穩(wěn)定三、光刻膠的性能指標(biāo)2021§4光刻技術(shù)簡(jiǎn)介紫外光為光源的曝光方式:接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光三種其他曝光方式:X射線曝光、電子束曝光、直接分步重復(fù)曝光、深紫外線曝光。22一、接觸式曝光由于掩膜版與硅片相接觸磨損，是掩膜版的壽命降低。23接近式曝光是以犧牲分辨率來(lái)延長(zhǎng)了掩膜版的壽命大尺寸和小尺寸器件上同時(shí)保持線寬容限還有困難。另外，與接觸式曝光相比，接近式曝光的操作比較復(fù)雜。二、接近式曝光24避免了掩膜版與硅片表面的摩擦，延長(zhǎng)了掩膜版的壽命。掩膜版的尺寸可以比實(shí)際尺寸大得多，克服了小圖形制版的困難。消除了由于掩膜版圖形線寬過(guò)小而產(chǎn)生的光衍射效應(yīng)，以及掩膜版與硅片表面接觸不平整而產(chǎn)生的光散射現(xiàn)象。三、投影式曝光25投影式曝光雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于光刻設(shè)備中許多鏡頭需要特制，設(shè)備復(fù)雜26四、X射線曝光（4～20埃）基本要求：一、材料的形變小，這樣制成的圖形尺寸及其相對(duì)位置的變化可以忽略。二、要求掩膜襯底材料透X光能力強(qiáng)，而在它上面制作微細(xì)圖形的材料透X光能力差，這樣在光刻膠上可獲得分辨率高的光刻圖形。2728五、電子束曝光電子束曝光的特點(diǎn)：電子束曝光的精度較高。電子束的斑點(diǎn)可以聚焦的很小，而且聚焦的景深很深，可用計(jì)算機(jī)控制，精度遠(yuǎn)比肉眼觀察要高。電子束曝光改變光刻圖形十分簡(jiǎn)便。電子束曝光機(jī)是把各次曝光圖形用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)圖形就只要重新編程。29電子束曝光不要掩膜版。電子束曝光設(shè)備復(fù)雜，成本較高。制作掩膜版3031三個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）它是通過(guò)縮小投影系統(tǒng)成像的，因而可以提高分辨率。用這種方法曝光，分辨率可達(dá)到1～1.5微米；（2）不要1:1精縮掩膜，因而掩膜尺寸大，制作方便。由于使用了縮小透鏡，原版上的塵埃、缺陷也相應(yīng)的縮小，因而減小了原版缺陷的影響；六、直接分步重復(fù)曝光32分步重復(fù)曝光光學(xué)原理圖33（3）由于采用了逐步對(duì)準(zhǔn)技術(shù)可補(bǔ)償硅片尺寸的變化，提高了對(duì)準(zhǔn)精度。逐步對(duì)準(zhǔn)的方法也可以降低對(duì)硅片表面平整度的要求。34七、深紫外線曝光

“深紫外光”大致定義為180nm到330nm間的光譜能量。它進(jìn)一步分為三個(gè)光帶：200nm到260nm；260nm到285nm以及285nm到315nm。35幾種實(shí)用的光刻膠配方。PMMA對(duì)210nm到260nm的紫外光有感光性，感光性最佳的紫外光光譜約為220nm；PMIK的紫外光感光光譜為220nm到330nm，峰值光譜約為190nm和285nm。36AZ240系列光刻膠的感光光譜為240nm到310nm，峰值光譜約為248nm、300nm、315nm。ODVR系列光刻膠的感光光譜為200nm到315nm，峰值光譜為230nm、280nm、300nm。3738遠(yuǎn)紫外光作為曝光方法通常有兩種：

對(duì)準(zhǔn)曝光和泛光曝光(不必對(duì)準(zhǔn))。泛光曝光：該工藝又被稱為“多層抗蝕劑技術(shù)”，它同時(shí)使用深紫外光和標(biāo)準(zhǔn)紫外光的抗蝕劑。深紫外光的抗蝕劑直接被甩到晶片上，填滿所有的空隙，留下平坦的表面。然后在上面甩上第二層膠。(第二層膠一般為正膠)。39上面