畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）半導(dǎo)體光刻工藝技術(shù)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告題 目 半導(dǎo)體光刻工藝技術(shù) 系 別 尚德光伏學(xué)院 專 業(yè) 液晶顯示技術(shù)與應(yīng)用 班 級(jí) 0801 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2011年 4 月半導(dǎo)體光刻工藝技術(shù)摘要：在平面晶體管和集成電路生產(chǎn)中，要進(jìn)行多次的光刻，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布線的目的。光刻工藝是利用光刻膠的感光性和耐蝕性，在sio2或金屬膜上復(fù)印并刻蝕出與掩模版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形.由于光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù),在平面器件和集成電路生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用.如果把硅片的外延、氧化、擴(kuò)散和淀積看成是器件結(jié)構(gòu)的縱向控制的話,那么，器件的橫向控制就幾乎全部有光刻來實(shí)現(xiàn).因此,光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能

2、指標(biāo),同時(shí)也是影響器件的成品率和可靠性的重要因素.目前生產(chǎn)上通常采用的紫外光接觸暴光法光刻工藝的一般過程;列出幾種常用的光刻腐蝕劑配方;最后對(duì)光刻工藝中較常見的質(zhì)量問題進(jìn)行分析和討論.關(guān)鍵詞：光刻、工藝、光刻膠、質(zhì)量問題semiconductor lithography technologyabstract：in the planar transistor and integrated circuit production, to be repeated lithography, in order to achieve selective proliferation and metal fil

3、m wiring purposes. photoresist lithography process is the use of photosensitive and corrosion resistance, in the sio2 or etching a metal film copies and corresponding exactly with the mask geometry. as lithography is a very fine surface processing technology, in the production of planar devices and

4、integrated circuits are widely used. if the silicon epitaxy, oxidation, diffusion and deposition as the vertical structure of the control device, then the lateral control device and almost all had a lithography to achieve. therefore, the accuracy and quality of lithography will directly affect the d

5、evice performance, but also affect device yield and reliability of the important factors. commonly used on current production of uv exposure lithography exposure the general process of law; lists several common lithography corrosive formula; finally, the lithography process in the quality of the mor

6、e common problems are analyzed and discussed. key words: lithography、technology、photoresist、quality problems目錄前言.1第1章 光刻工藝簡(jiǎn)介.2 1.1 光刻工藝的定義.2 1.2 光刻工藝剖析.2 1.2.1 表面準(zhǔn)備.2 1.2.2 涂光刻膠.2 1.2.3 軟烘培.2 1.2.4 對(duì)準(zhǔn)和曝光.3第2章 光刻工藝流程.32.1 光刻工藝步驟.3 2.1.1 涂膠.32.1.2 前烘.32.1.3 曝光.42.1.4 顯影.42.1.5 堅(jiān)膜.42.1.6 腐蝕.52.1.7 去膠.5

7、2.2 曝光時(shí)影像分辨率的因素.5 2.2.1 掩膜版與光刻膠膜的接觸情況.5 2.2.2 曝光光線的平行度.5 2.2.3 光的衍射和反射.5 2.2.4 光刻膠膜的質(zhì)量和厚度.5 2.2.5 曝光時(shí)間.6 2.2.6 掩膜版的分辨率和質(zhì)量.6第3章 光刻膠的特性和配置.63.1 光刻膠的性質(zhì).63.2 光致抗蝕劑的種類.63.2.1 負(fù)性光致抗蝕劑.63.2.2 正性光致抗蝕劑.73.3 對(duì)光致抗蝕劑性能的要求.83.4 光刻膠的配置.93.4.1 kpr光刻膠.9 3.4.2 聚酯類光刻膠.10 第4章 光刻質(zhì)量分析.104.1光刻過程中的一些缺陷.10 4.1.1 浮膠.10 4.1.

8、2毛刺和鉆蝕.11 4.1.3針孔.124.1.4小島.12附錄.14謝辭.15參考文獻(xiàn).16前言在微電子機(jī)械系統(tǒng)（mems）和集成電路的生產(chǎn)中，光刻工藝都是重要的工藝步驟。光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù), 隨著ulsi時(shí)代的到來，芯片的面積不斷增大，線寬不斷縮小。 光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能指標(biāo),同時(shí)也是影響器件的成品率和可靠性的重要因素.所以光刻工藝無論是在現(xiàn)在還是在將來都將是一個(gè)永無止境的高技術(shù)的難題，也將面臨著各種挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，不斷縮小的器件結(jié)構(gòu)，對(duì)硅片的內(nèi)在性能的要求也更高、更苛刻。這些需求迫使光刻技術(shù)不斷采用新工藝、新技術(shù)解決實(shí)際問題，迎接高科技的挑戰(zhàn)。第1章 光

9、刻工藝簡(jiǎn)介1.1 光刻工藝的定義光刻工藝是一種用來去掉晶圓表面層上所規(guī)定的特定區(qū)域的基本操作。（photolithography、photo masking、masking、oxide、l removal-or,mr、microlithography）光刻工藝是是化合物半導(dǎo)體器件制作中最常用的工藝，也是最關(guān)鍵的工藝之一；它是將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底表面的光刻膠圖形上，為下一步進(jìn)行刻蝕或者離子注入工序做好準(zhǔn)備。一般的光刻工藝流程包括前處理、勻膠、前烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、顯影、后烘，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整流程中的操作。根據(jù)曝光方式可分為接觸式、接近式和投影式，根據(jù)光刻面數(shù)的不同有單面對(duì)準(zhǔn)光刻和雙面對(duì)準(zhǔn)光刻

10、，根據(jù)光刻膠類型不同，有薄膠光刻和厚膠光刻。光刻工藝的要求： 光刻工具具有高的分辨率； 光刻膠具有高的光學(xué)敏感性； 準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。1.2 光刻工藝剖析1.2.1 表面準(zhǔn)備微粒清除：高壓氮?dú)獯党?、化學(xué)濕法清洗、旋轉(zhuǎn)刷刷洗、高壓水流；脫水烘焙：低溫烘焙（150200），憎水性-hydrophobic 親水性-hydrophilic晶圓涂底膠：hmds（六甲基乙硅烷）沉浸式涂底膠、旋轉(zhuǎn)式涂底膠、蒸氣式涂底膠 1.2.2 涂光刻膠普通的光刻膠涂膠方法有三種：刷法、滾轉(zhuǎn)方法和浸泡法；ic封裝用光刻膠的涂布方法如下：靜態(tài)涂膠工藝、動(dòng)態(tài)噴灑、移動(dòng)手臂噴灑、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)器、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)器

11、、背面涂膠 1.2.3 軟烘焙熱傳遞的三種方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射；常用的軟烘焙加熱方式如下：對(duì)流烘箱、手工熱板、內(nèi)置式單片晶圓加熱板、移動(dòng)帶式熱板、 移動(dòng)帶式紅外烘箱、微波烘焙、真空烘焙 1.2.4 對(duì)準(zhǔn)和曝光（a&e） 對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)：對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)包含兩個(gè)主要子系統(tǒng)、一個(gè)是要把圖形在晶圓表面上準(zhǔn)備定位，另一個(gè)是曝光子系統(tǒng)，包括一個(gè)曝光光源和一個(gè)將輻射光線導(dǎo)向晶圓表面上的機(jī)械裝置；對(duì)準(zhǔn)與曝光系統(tǒng)：光學(xué)（接觸式、接近式、投影式、步進(jìn)式），非光學(xué)（x射線、電子束）曝光光源：高壓汞燈、準(zhǔn)分子激光器、x射線及電子束；對(duì)準(zhǔn)法則：第一個(gè)掩膜版的對(duì)準(zhǔn)是把掩膜版上的y軸與晶圓上的平邊成90放置，接下來的掩膜都

12、用對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記（又稱靶）與上一層帶有圖形的掩膜對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)誤差稱為未對(duì)準(zhǔn)（misalignment）第2章 光刻工藝流程在平面管和集成電路生產(chǎn)中，都要經(jīng)過多次光刻。雖然各次光刻的目的要求和工藝條件有所差別，但其工藝過程是基本相同的。光刻工藝一般都要經(jīng)過涂膠，前烘，曝光，顯影，堅(jiān)膜，腐蝕和去膠等七個(gè)步驟。2.1 光刻工藝步驟2.1.1 涂膠涂膠就是在sio2或其他薄膜表面，涂布一層粘附良好，厚度適當(dāng)，厚薄均勻的光刻膠膜。涂膠前的硅片表面必須清潔干燥，如果硅片擱置較久或光刻返工，則應(yīng)重新進(jìn)行清洗并烘干后再涂膠。生產(chǎn)中，最好在氧化或蒸發(fā)后立即涂膠，此時(shí)硅片表面清潔干燥，光刻膠的粘附性較好。涂膠一般采用旋轉(zhuǎn)

13、法，其原理是利用轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，將滴在硅片的多余膠液甩去，在光刻膠表面張力和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下，擴(kuò)展成厚度均勻的膠膜。膠膜厚度可通過轉(zhuǎn)速和膠的濃度來調(diào)節(jié)。涂膠的厚度要適當(dāng)，膜厚均勻，粘附良好。膠膜太薄，則針孔多，抗蝕能力差；膠膜太厚，則分辨率低。在一般情況下，可分辨線寬約為膜厚的58倍。2.1.2 前烘前烘就是在一定的溫度下，使膠膜里的溶劑緩慢地?fù)]發(fā)出來，使膠膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。前烘的溫度和時(shí)間隨膠的種類及膜厚的不同而有所差別，一般通過實(shí)驗(yàn)來加以確定。前烘的溫度和時(shí)間必須適當(dāng)。溫度過高會(huì)引起抗蝕劑的熱交聯(lián)，在顯影時(shí)留下底膜，或者增感劑升華揮發(fā)使感光靈敏度下降；前烘溫度過低或時(shí)

14、間過短，則抗蝕劑中的有機(jī)溶劑不能充分揮發(fā)，殘留的溶劑分子會(huì)妨礙光交鏈反應(yīng)，從而造成針孔密度增加，浮膠或圖形變形等。同時(shí)，前烘時(shí)還不能驟熱，以免引起表面鼓泡，產(chǎn)生針孔甚至浮膠。一般前烘是在80恒溫干燥箱中烘烤1015分鐘；也可以用紅外燈在硅片背面烘烤，使膠膜的干燥從里到外，以獲得良好的前烘效果。2.1.3 曝光曝光就是對(duì)涂有光刻膠的基片進(jìn)行選擇性光化學(xué)反應(yīng)，使曝光部分的光刻膠改變?cè)陲@影液中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膠膜上得到和掩膜版相對(duì)應(yīng)的圖形。生產(chǎn)上，通常都采用紫外光接觸曝光法，其基本步驟是定位對(duì)準(zhǔn)和曝光。定位對(duì)準(zhǔn)是使掩膜版的圖形和硅片上的圖形精確套合，因此要求光刻機(jī)有良好的對(duì)準(zhǔn)裝置，即具有精密

15、的微調(diào)和壓緊機(jī)構(gòu)，特別是在壓緊時(shí)保證精確套合不發(fā)生位移。此外，光刻機(jī)還應(yīng)具有合適的光學(xué)觀察系統(tǒng)，要求有一個(gè)景深較大，同時(shí)又有足夠高分辨率的顯微鏡。曝光量的選擇決定于光刻膠的吸收光譜，配比，膜厚和光源的光譜分布。最佳曝光量的確定，還要考慮襯底的光反射特性。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往以曝光時(shí)間來控制曝光量，并通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳曝光時(shí)間。2.1.4 顯影顯影是把暴光后的基片放在適當(dāng)?shù)娜軇├铮瑢?yīng)去除的光刻膠膜溶除干凈，以獲得腐蝕時(shí)所需要的抗蝕劑膜的保護(hù)圖形，kpr膠通常用丁酮。2.1.5 堅(jiān)膜堅(jiān)膜是在一定溫度下對(duì)顯影后的硅片進(jìn)行烘焙，除去顯影時(shí)膠膜所吸收的顯影液和殘留的水份，改善膠膜與硅片的粘附性，增強(qiáng)角膜

16、的抗蝕能力。堅(jiān)膜的溫度和時(shí)間要適當(dāng)。堅(jiān)膜不足，則抗蝕劑膠膜沒有烘透，膜與基片粘附性差，腐蝕時(shí)易浮膠；堅(jiān)膜溫度過高，則抗蝕劑膠膜會(huì)因熱膨脹而翹曲或剝落，腐蝕時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生鉆蝕或浮膠。溫度更高時(shí)，聚合物將分解，影響粘附性和抗蝕能力。此外，堅(jiān)膜時(shí)最好采用緩慢升溫和自然冷卻的烘焙過程。對(duì)于腐蝕時(shí)間較長(zhǎng)的厚膜刻蝕，可在腐蝕一半后再進(jìn)行一次堅(jiān)膜，以提高膠膜的抗蝕能力。2.1.6 腐蝕腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對(duì)未被膠膜覆蓋的sio2或其他薄膜進(jìn)行腐蝕，以獲得完整、清晰、準(zhǔn)確的光刻圖形，達(dá)到選擇性擴(kuò)散或金屬布線的目的。光刻工藝對(duì)腐蝕劑的要求是：只對(duì)需要除去的物質(zhì)進(jìn)行腐蝕，而對(duì)抗蝕劑膠膜不腐蝕或腐蝕量很小。同時(shí)，

17、還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量很小。同時(shí)， 還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量之比。腐蝕因子越大，表示橫向腐蝕量越小。此外，還要求腐蝕圖形邊緣整齊、清晰；腐蝕液毒性小，使用方便。2.1.7 去膠刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去，稱為去膠，分為濕法去膠和干法去膠，其中濕法去膠又分有機(jī)溶劑去膠和無機(jī)溶劑去膠。有機(jī)溶劑去膠，主要是使光刻膠溶于有機(jī)溶劑而除去；無機(jī)溶劑去膠則是利用光刻膠本身也是有機(jī)物的特點(diǎn)，通過一些無機(jī)溶劑，將光刻膠中的碳元素氧化為二氧化碳而將其除去；干法去膠，則是用等離子體將光刻膠剝除。2

18、.2 曝光時(shí)影響分辨率的因素2.2.1掩膜版與光刻膠膜的接觸情況若硅片彎曲，硅片表面有灰塵或突起，膠膜厚度不均勻，光刻機(jī)壓緊機(jī)構(gòu)不良等都會(huì)影響掩膜版與光刻膠膜的接觸情況，從而使分辨率降低。2.2.2 曝光光線的平行度曝光光線應(yīng)與掩膜版和膠膜表面垂直，否則將使光刻圖形發(fā)生畸變。2.2.3光的衍射和反射光波在掩膜版圖形邊緣的衍射和反射將使分辨率降低。2.2.4 光刻膠膜的質(zhì)量和厚度膠膜越厚，光刻膠中固態(tài)微粒含量越高，則光線在膠膜中因散射而產(chǎn)生的側(cè)向光化學(xué)反應(yīng)越嚴(yán)重，光刻圖形的分辨率也越低。2.2.5 曝光時(shí)間曝光時(shí)間越長(zhǎng)，由于光的衍射，反射和散射作用，使分辨率降低。但曝光不足，則光反應(yīng)不充分，顯影

19、時(shí)部分膠被溶解，從而使膠膜的抗蝕能力降低，針孔密度增加。2.2.6 掩膜版的分辨率和質(zhì)量掩膜版的分辨率和質(zhì)量將影響光刻分辨率。此外，顯影，腐蝕以及光刻膠的性能也是影響光刻分辨率的因素。第3章 光刻膠的特性和配置3.1 光刻膠的性質(zhì)光致抗蝕劑是一種主要由碳、氫等元素組成的高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)有線型和體型兩種。線型高分子化合物，其長(zhǎng)鏈之間的結(jié)合力主要是靠化學(xué)鍵。由于分子間作用力比化學(xué)鍵的結(jié)合要弱的多，所以線型高分子化合物一般是可溶性的，而體型高分子化合物往往是難溶性的。如果在高分子化合物內(nèi)部存在不穩(wěn)定的雙鍵等可變因素的話，則在外界光或熱的作用下，高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)就可能會(huì)在線型和體型之間發(fā)

20、生變化。分子結(jié)構(gòu)的變化，必然會(huì)引起高分子化合物的機(jī)械和物理性質(zhì)的相應(yīng)變化。例如，由可溶性變?yōu)椴豢扇苄曰蛘呦喾础９饪坦に嚲褪抢霉庵驴刮g劑有這樣內(nèi)在的可變因素，在一定條件下使部分高分子化合物由可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄?，或由不可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄?，將掩模上的圖形復(fù)印在光刻膠膜上。然后利用光刻膠膜對(duì)腐蝕液的抗蝕性，在硅片表面選擇性地刻蝕sio2或金屬膜，實(shí)現(xiàn)定域擴(kuò)散及金屬膜布線的目的。3.2 光致抗蝕劑的種類根據(jù)光致抗蝕劑在曝光前后溶解性的變化，可以分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠兩種。3.2.1 負(fù)性光致抗蝕劑曝光前光致抗蝕劑在有機(jī)溶劑中是可溶解的，曝光后成為不可溶的物質(zhì)，這類抗蝕劑稱為負(fù)性光致抗蝕劑，由此組

21、成的光刻膠稱為負(fù)性膠。目前，主要的負(fù)性光致抗蝕劑有聚肉桂酸酯類，聚酯類和環(huán)化橡膠類等。聚肉桂酸脂類 聚肉桂酸脂類抗蝕劑的特點(diǎn)是在樹脂分子的側(cè)鏈上帶有肉桂酰感光性官能團(tuán)。典型的聚肉桂酸脂類抗蝕劑有聚乙烯醇脂（又稱kpr），它是一種淺黃色的纖維狀固體，能溶解于丙酮，丁酮，環(huán)已酮等有機(jī)溶劑中。在紫外光的作用下，肉桂酰官能團(tuán)發(fā)生二聚反應(yīng)，引起聚合物分子間的交聯(lián)，形成不溶于顯影液的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。光刻膠中加入適量的5-硝基苊，不僅擴(kuò)大了感光波長(zhǎng)范圍，而且提高了光刻膠的感光靈敏度，縮短了曝光時(shí)間。聚乙烯醇肉桂酸脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)后生成的立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)不再溶于有機(jī)溶劑，干燥后又能耐酸的腐蝕，光刻腐蝕后可以通過多種

22、途徑去除干凈，因此在光刻技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。聚脂類 聚脂類光致抗蝕劑的特點(diǎn)，是在樹脂分子的側(cè)鏈上含有共軛雙鍵的感光性官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的感光靈敏度；在感光性樹脂分子的主鏈上含有極性基團(tuán)，因而對(duì)一些襯底材料，如sio2和al，有較好的粘附性。聚酯類光刻膠也可用5-硝基苊作增感劑以縮短曝光時(shí)間。聚酯膠與聚乙烯醇肉桂酸酯比較，前者粘附性好，分辨率高，適合于刻蝕細(xì)線條。環(huán)化橡膠類 環(huán)化橡膠類抗蝕劑的特點(diǎn)是，其交聯(lián)反應(yīng)由帶有雙感光性官能團(tuán)的交聯(lián)劑，在曝光后產(chǎn)生雙自由基，和附近的環(huán)化橡膠分子相互作用，在聚合物分子鏈之間形成橋鍵，從而變成三維結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)。由于這類抗蝕劑和襯底材料有較強(qiáng)的粘附性，抗蝕能

23、力也很強(qiáng)，特別適合于金屬材料的刻蝕。但由于氧會(huì)使交聯(lián)劑的光化學(xué)分解反應(yīng)停留在中間階段，即停留在生成n-r-n3的階段而阻礙了交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，因此曝光要在充氮或真空條件下進(jìn)行。3.2.2 正性光致抗蝕劑曝光前對(duì)某些溶劑是不可溶的，而曝光后卻變成了可溶性的抗蝕劑稱為正性光致抗蝕劑。曝光后，可用稀堿性水溶液進(jìn)行顯影。這時(shí)光照部分由于生成羧酸鹽而溶解，而未受光照部分難溶，因而顯出與掩膜版相同的正圖象。正性抗蝕劑的抗堿性差而耐酸性好，所以常用1.53na3po4水溶液進(jìn)行顯影,為了避免鈉離子對(duì)器件的不良影響,也可用有機(jī)堿性水溶液進(jìn)行顯影,如氫氧化四烷基銨水溶液等.由于堿性顯影液會(huì)受空氣中co2的影響而變

24、質(zhì),因此顯影速率會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化.但正性光刻膠分辨率高,邊緣整齊,反刻時(shí)易于套刻,是一種重要的抗蝕劑。3.3 對(duì)光致抗蝕劑性能的要求（1）分辨率高 分辨率是指某種光刻膠光刻時(shí)所能得到的最小尺寸。它通常用1mm的寬度上能刻蝕出可分辨的最大線條數(shù)目來表示。若能刻蝕出可分辨的最小線寬為w/2,線與線之間距離也為w/2,則分辨率為1/w,單位為條線 。 分辨率與光刻工藝有關(guān);也與光致抗蝕劑本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。例如正性膠的分辨率高于負(fù)性膠;光刻膠的平均分子量越低,分子量的分散性越小,則分辨率越高。（2）靈敏度高 光致抗蝕劑的感光靈敏度反映了光刻膠感光所必須的照射量,照射量正比于光強(qiáng)和暴光時(shí)間。對(duì)于正性膠

25、,靈敏度定義為暴光顯影后膜后為零時(shí)的最小照射量;對(duì)于負(fù)性膠,靈敏度是指暴光顯影后膜厚可保留至原膜厚二分之一的照射量。光刻膠的感光靈敏度和光刻膠的性質(zhì)及光刻工藝有關(guān)。例如，由于負(fù)性膠在暴光時(shí)其交聯(lián)反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，因而負(fù)性膠一般比正性膠具有更高的靈敏度。在工藝上，涂膠厚度，顯影條件，光源的光譜成分以及增感劑的作用等都對(duì)靈敏度有影響。（3）粘附性好 抗蝕劑與襯底（如sio2，金屬等）之間粘附的牢固程度直接影響到光刻的質(zhì)量。影響粘附性的因素有抗蝕劑的性質(zhì)，襯底的性質(zhì)及其表面情況。實(shí)踐表明，平整，致密，清潔，干燥的襯底表面有利于光刻膠的粘附。襯底表面的灰塵，油污，水汽以及高低不平，會(huì)形成光刻膠粘附的

26、薄弱區(qū)域。由于大多數(shù)抗蝕劑都是疏水性的，而濕氧氧化的sio2表面含有硅醇基（sioh），羥基形式的表面很容易因氫鍵的作用而吸附水分子，形成親水性表面。疏水性的抗蝕劑和親水性襯底之間的粘附性很差。在生產(chǎn)中，濕氧氧化后一般都要用高溫干氧吹干表面，以形成硅氧橋表面結(jié)構(gòu)（osio），從而改善其粘附性。為了避免硅片表面粘污和水汽的不良影響，最好從高溫爐中取出后立即進(jìn)行涂膠，以保證光刻膠和襯底之間有良好的粘附性。此外，粘附性與膠膜厚度，暴光和烘焙因素也有密切關(guān)系。（4）抗蝕性好 光刻工藝要求抗蝕劑在堅(jiān)膜后，能較長(zhǎng)時(shí)間地抵抗腐蝕劑的侵蝕。光致抗蝕劑的抗蝕性與其本身的性質(zhì)有關(guān)。例如環(huán)化橡膠類抗蝕劑比聚肉桂酸酯

27、類抗蝕劑有更好的抗蝕性能。（5）穩(wěn)定性好光刻工藝要求抗蝕劑在室溫和避光的情況下，即使加入了增感劑也不發(fā)生暗反應(yīng)；在烘烤干燥時(shí)，不發(fā)生熱交聯(lián)。為了提高抗蝕劑的穩(wěn)定性，可能加入能抑制活性基團(tuán)自發(fā)反應(yīng)的穩(wěn)定劑。例如，kpr膠可以加對(duì)苯二酚等。此外，還要求光刻膠成膜性好，致密性好，針孔密度低，固態(tài)微粒含有率低，顯影后無殘?jiān)涛g后易去除干凈等性能。3.4 光刻膠的配制光刻時(shí)，需根據(jù)具體要求將光致抗蝕劑配成膠狀液體，稱為光刻膠。光刻膠配制時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的刻蝕要求，選取合適的抗蝕劑，增感劑和溶劑。溶劑的用量決定著光刻膠的稀稠，從而影響光刻膠膜的厚薄。光刻膠膜薄，暴光時(shí)光的散射和衍射作用影響較小，顯影時(shí)間也

28、縮短，因此光刻圖形清晰，邊緣整齊，有利于提高分辨率。但膠膜薄時(shí)，抗蝕能力降低，針孔密度會(huì)增加。所以，應(yīng)根據(jù)各次光刻對(duì)分辨率和抗蝕性的要求來決定光刻膠的濃度。配比選擇的一般原則是在保證抗蝕能力的條件下，用較薄的膠膜，以提高分辨率。增感劑的用量，決定著光刻膠的感光靈敏度。光刻膠中加入適量增感劑，可以縮短暴光時(shí)間。增感劑用量過多，光在感光膜表面被強(qiáng)烈吸收，會(huì)造成內(nèi)層光刻膠暴光不足，顯影時(shí)出現(xiàn)浮膠。增感劑過多還會(huì)使膠膜變脆，增感劑在顯影時(shí)被溶解還會(huì)使針孔密度增加。因此增感劑的用量必須適當(dāng)。3.4.1 kpr光刻膠對(duì)于kpr光刻膠，其組分的變化范圍通常為：抗蝕劑 聚乙烯醇肉桂酸酯 510%增感劑 5硝基

29、苊 0.251.0%溶劑 環(huán)已酮 9095%3.4.2聚酯類光刻膠對(duì)于聚酯類光刻膠，常用的配方為：抗蝕劑 聚肉桂叉丙二酸乙醇酯12增感劑 5硝基苊 0.24g溶劑 環(huán)已酮 100ml光刻時(shí)，可以根據(jù)不同的光刻對(duì)象和要求，選用不同配比的光刻膠。光刻膠一般在暗室紅燈下配制，待光刻膠充分溶解后，可用離心法，過濾法或沉降法除去光刻膠中的故態(tài)雜質(zhì)微粒。離心法是用每分鐘1000012000轉(zhuǎn)的不銹鋼離心管高速旋轉(zhuǎn)，使固態(tài)微粒在離心力作用下沉積于不銹鋼管底部而除去。過濾法是將光刻膠通過壓濾，吸濾或自然過濾的方法，經(jīng)微孔過濾膜而除去固態(tài)微粒。沉降法是將配好的光刻膠在干燥避光的環(huán)境中靜置數(shù)天，使固體微粒自然沉降

30、而除去，得到均勻，澄清的光刻膠供光刻工藝使用。第4章 光刻質(zhì)量分析平面晶體管和集成電路制造中要進(jìn)行多次光刻,而光刻工藝的質(zhì)量不僅影響器件特性而且對(duì)器件的成品率和可靠性也有很大影響。半導(dǎo)體器件生產(chǎn)對(duì)光刻質(zhì)量的要求是：刻蝕圖形完整、尺寸準(zhǔn)確、邊緣整齊；圖形外氧化層上沒有針孔,圖形內(nèi)沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)；同時(shí)要求套合準(zhǔn)確,無沾污等。但在光刻過程中常會(huì)出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。本結(jié)討論這些缺陷產(chǎn)生的原因及其對(duì)器件特性的影響。4.1 光刻過程中的一些缺陷 4.1.1 浮膠浮膠就是在顯影或腐蝕過程中,由于化學(xué)試劑不斷侵入光刻膠膜與sio2或其他薄膜間的界面,引起抗蝕劑膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象.光

31、刻時(shí)產(chǎn)生浮膠,將嚴(yán)重影響光刻圖形的質(zhì)量,甚至造成整批硅片的報(bào)廢.產(chǎn)生浮膠的原因往往和膠膜與似底的粘附性有密切關(guān)系.(1)顯影時(shí)產(chǎn)生的原因涂膠前硅片表面不清潔，沾有油污或水汽，使膠膜表面間沾污不良。光刻配制有誤或膠液陳舊變質(zhì)，膠的光化學(xué)反應(yīng)性能不好，與硅片表面粘附能力差。前烘時(shí)間不足或過度。暴光不足，光化學(xué)反應(yīng)不徹底，部分膠膜容于顯影液中，引起浮膠。顯影時(shí)間過長(zhǎng)。(2)腐蝕時(shí)產(chǎn)生浮膠的原因堅(jiān)膜不足，膠膜沒有烘透，沾附性差，在腐蝕液作用下引起浮膠。腐蝕液配比不當(dāng)。如腐蝕的氫氟酸緩沖腐蝕液中氫化銨太少，腐蝕液活潑性太強(qiáng)。腐蝕溫度太高或太低。溫度太低，腐蝕時(shí)間太長(zhǎng)，腐蝕液穿透或從膠膜底部滲入，引起浮膠

32、，溫度太高，則腐蝕液活潑性強(qiáng)，也可能產(chǎn)生浮膠。此外，顯影時(shí)產(chǎn)生浮膠的因素也可能造成腐蝕時(shí)浮膠。腐蝕時(shí)浮膠會(huì)使掩蔽區(qū)的氧化層受到嚴(yán)重破壞。在光刻時(shí)必須加以注意。4.1.2 毛刺和鉆蝕腐蝕時(shí)，如果腐蝕液滲入光刻膠膜的邊緣，使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞掩蔽擴(kuò)散的氧化層或捛條的完整性。若滲透腐蝕較輕，圖形邊緣出現(xiàn)針狀的局部破壞，習(xí)慣上稱為毛刺。若圖形邊緣腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)鋸齒狀或花斑狀的破壞，稱為鉆蝕。當(dāng)sio2掩蔽膜窗口存在毛刺和鉆蝕時(shí)，會(huì)引起側(cè)面擴(kuò)散結(jié)特性變壞，影響器件的成品率和可靠性。產(chǎn)生毛刺或鉆蝕的原因有：基片表面不清潔，存在油污，灰塵或水汽，使光刻膠和氧化層粘附不良，引起毛刺或局部鉆蝕。氧化層表

33、面存在磷硅玻璃，特別是磷的濃度較大時(shí)，表面與光刻膠粘附性不好，耐腐蝕性能差，容易造成鉆蝕。光刻膠中存在顆粒狀物質(zhì)，造成局部粘附不良。對(duì)于光聚合型光刻膠，暴光不足，顯影時(shí)產(chǎn)生鉆溶，腐蝕時(shí)造成毛刺或鉆蝕。顯影時(shí)過長(zhǎng)，圖形邊緣發(fā)生鉆溶，腐蝕時(shí)造成鉆溶。掩模圖形的邊緣有毛刺狀缺陷，以及硅片表面有突起或固體顆粒，在對(duì)準(zhǔn)定位時(shí)掩模與硅片表面間有摩擦，使圖形的邊緣有劃痕，腐蝕時(shí)產(chǎn)生毛刺。4.1.3 針孔在光刻圖形外面的氧化層上，經(jīng)光刻后會(huì)出現(xiàn)直徑為微米數(shù)量級(jí)的小孔洞，稱為針孔。 針孔的存在，將使氧化層不能有效地起到雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽作用和絕緣作用。在平面器件生產(chǎn)中，尤其對(duì)集成電路和大功率器件，氧化層針孔是影響成

34、品率的主要因素。例如，光刻集成電路隔離槽時(shí)，在隔離區(qū)上的針孔經(jīng)隔離擴(kuò)散后會(huì)形成p型管道，將使晶體管的集電結(jié)結(jié)面不平整，甚至造成基區(qū)與村底路。對(duì)于大功率平面晶體官，光刻引線孔時(shí)，在延伸電極處的sio2，膜上產(chǎn)生針孔，則會(huì)造成金屬化電極與集電區(qū)之間的短路，因此，在大功率晶體管和集成電路產(chǎn)生中，往往在刻引線孔之后，進(jìn)行低溫沉積sio2，然后套引線孔，以減少氧化層針孔。光刻時(shí)產(chǎn)生針孔的原因有：氧化硅薄膜表面有塵土、石英屑、硅渣等外來顆粒，使得涂膠與基片表面未充分沾潤(rùn)，留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。光刻膠中含有固體顆粒，影響暴光效果，顯影時(shí)剝落，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。光刻膠模本身抗蝕能力差，或膠模太薄，

35、腐蝕液局部穿透膠模，造成針孔。前烘不足，殘存溶劑阻礙抗腐蝕劑揮發(fā)過快而鼓泡，腐蝕時(shí)產(chǎn)生針孔。暴光不足，關(guān)聯(lián)不充分，或暴光時(shí)間過長(zhǎng)，膠層發(fā)生皺皮，腐蝕液穿透膠模而產(chǎn)生腐蝕斑點(diǎn)。腐蝕液配方不當(dāng)，腐蝕能力太強(qiáng)。掩模版透光區(qū)存在灰塵或黑斑，暴光時(shí)局部膠模未暴光，顯影時(shí)被溶解，腐蝕后產(chǎn)生針孔。4.1.4 小島 小島是指在應(yīng)該將氧化層刻蝕干凈的光刻窗口內(nèi)，還留有沒有刻蝕干凈的氧化局部區(qū)域，形成狀不規(guī)則，習(xí)慣上稱為小島。 小島的存在，使擴(kuò)散區(qū)域的局部點(diǎn)有氧化層，阻礙了雜質(zhì)在該處的擴(kuò)散而形成異常區(qū)，造成器件擊穿特性變壞，反向漏電增加，甚至極間穿通。光刻中產(chǎn)生小島的原因有：掩模版圖形上的針孔或損傷，在暴光時(shí)形成漏光點(diǎn)，使該處的光刻膠模感光交聯(lián)，保護(hù)了氧化層不被腐蝕，形成小島。對(duì)這種情況，可在光刻腐蝕后，易版或移位再進(jìn)行一次套刻，以減少或消除小島。暴光過度或光刻膠變質(zhì)失效，以及顯影不足，局部區(qū)域光刻膠在顯影時(shí)溶解不凈。氧化層表面有局部耐腐蝕物質(zhì)，如硼硅玻璃等。腐蝕液不干凈，存在阻礙腐蝕作用的臟物。因此必須定期更換新的腐蝕液。附錄附錄1光的折射率光的折射（refraction） 。光通過一種透明介質(zhì)進(jìn)入到另一種透明介質(zhì)的時(shí)候，發(fā)生方向的改變。主要是因?yàn)樵趦煞N介