半導(dǎo)體制造工藝第7章-光--刻

1、2021/8/141半導(dǎo)體制造工藝2021/8/142第7章光刻2021/8/143第7章光刻7.1概述7.2光刻工藝的基本步驟7.3正性光刻和負(fù)性光刻7.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介7.5光刻質(zhì)量控制2021/8/1447.1概述圖7-1半導(dǎo)體制造工藝流程2021/8/1457.1概述7.1.1光刻的概念光刻處于晶圓加工過(guò)程的中心，一般被認(rèn)為是集成電路（IC）制造中最關(guān)鍵的步驟，需要高性能以便結(jié)合其他工藝獲得高成品率。圖7-2光刻的基本原理圖2021/8/1467.1概述7.1.2光刻的目的光刻實(shí)際是圖形的轉(zhuǎn)移，把掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓的表面。7.1.3光刻的主要參數(shù)在光刻工藝中，主要的參數(shù)有特征尺寸、

2、分辨率、套準(zhǔn)精度和工藝寬容度等。1.特征尺寸2.分辨率圖7-3焦深的示意圖2021/8/1477.1概述3.套準(zhǔn)精度4.工藝寬容度7.1.4光刻的曝光光譜曝光光源的能量要能激活光刻膠，并將圖形從掩膜版中轉(zhuǎn)移到晶圓表面。由于光刻膠材料與紫外光所對(duì)應(yīng)的特定波長(zhǎng)的光發(fā)生反應(yīng)，因此目前紫外光一直是形成光刻圖形常用的能量源。表7-1常用的曝光光源以及光源波長(zhǎng)與特征尺寸的關(guān)系2021/8/1487.1概述7.1.5光刻的環(huán)境條件在晶圓的批量生產(chǎn)中，光刻機(jī)對(duì)環(huán)境的要求非?？量?，特別是現(xiàn)在的深亞微米尺寸的生產(chǎn)線。微小的環(huán)境變化就可能導(dǎo)致器件的各種缺陷。光刻設(shè)備有一個(gè)要求非常嚴(yán)格的密封室控制各種條件，例如溫度、

3、振動(dòng)、顆粒沾污和大氣壓力等。1.溫度2.振動(dòng)3.顆粒沾污4.大氣壓力2021/8/1497.1概述7.1.6掩膜版掩膜版是晶圓生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一部分。比較常用的是掩膜版和投影掩膜版。掩膜版包含了整個(gè)晶圓的芯片陣列并且通過(guò)單一的曝光轉(zhuǎn)印圖形，一般用于較老的接近式光刻機(jī)或掃描對(duì)準(zhǔn)投影機(jī)中。投影掩膜版是一種局部透明的平板，在它上面有將要轉(zhuǎn)印到晶圓上的一部分圖形（例如幾個(gè)芯片的圖形），因此需要經(jīng)過(guò)分步重復(fù)在整個(gè)晶圓表面形成覆蓋，一般用于分步重復(fù)光刻機(jī)和步進(jìn)掃描光刻機(jī)。1.投影掩膜版的材料2.投影掩膜版的縮影和尺寸3.投影掩膜版的制造2021/8/14107.2光刻工藝的基本步驟1.氣相成底膜圖7-

4、4光刻的基本工藝步驟2021/8/14117.2光刻工藝的基本步驟圖7-5氣相成底膜示意圖2021/8/14127.2光刻工藝的基本步驟圖7-6旋轉(zhuǎn)涂膠示意圖2.旋轉(zhuǎn)涂膠2021/8/14137.2光刻工藝的基本步驟圖7-7軟烘工藝的原理示意圖3.軟烘2021/8/14147.2光刻工藝的基本步驟圖7-8曝光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖4.曝光5.烘焙2021/8/14157.2光刻工藝的基本步驟6.顯影圖7-9顯影示意圖7.堅(jiān)膜8.顯影檢查2021/8/14167.3正性光刻和負(fù)性光刻7.3.1正性光刻和負(fù)性光刻的概念光刻包括兩種基本的工藝類型：正性光刻和負(fù)性光刻。正性光刻是把與掩膜版上相同的圖形復(fù)制到

5、晶圓上。負(fù)性光刻是把與掩膜版上圖形相反的圖形復(fù)制到晶圓表面。正性光刻與負(fù)性光刻的光刻效果如圖7 10所示。圖7-10正性光刻與負(fù)性光刻的光刻效果2021/8/14177.3正性光刻和負(fù)性光刻1.正性光刻2.負(fù)性光刻7.3.2光刻膠光刻膠，亦稱光致抗蝕劑，其質(zhì)量的好壞對(duì)光刻有很大的影響，因此在集成電路的制造中必須要選擇和配置合適的光刻膠。1.光刻膠的組成及原理2.光刻膠的種類3.光刻膠的使用存儲(chǔ)7.3.3正性光刻和負(fù)性光刻的優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)在光刻工藝中使用的光刻膠的不同，可以將光刻工藝分為正性光刻和負(fù)性光刻。2021/8/14187.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介7.4.1接觸式光刻機(jī)接觸式光刻機(jī)是從SSI（小規(guī)模集

6、成電路）時(shí)代（20世紀(jì)70年代）的主要光刻手段。它被用于線寬尺寸約為5m及以上的生產(chǎn)中?，F(xiàn)在接觸式光刻機(jī)已經(jīng)基本不再被廣泛使用。接觸式光刻的示意圖如圖7 11所示。圖7-11接觸式光刻示意圖2021/8/14197.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介7.4.2接近式光刻機(jī)接近式光刻機(jī)是從接觸式光刻機(jī)發(fā)展過(guò)來(lái)的，并且在20世紀(jì)70年代的SSI時(shí)代和MSI（中規(guī)模集成電路）早期普遍使用。這種光刻機(jī)如今仍然在生產(chǎn)量小的老生產(chǎn)線中使用，一些實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)分立器件的生產(chǎn)線中也有使用。接近式光刻的示意圖如圖7 12所示。圖7-12接近式光刻的示意圖2021/8/14207.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介7.4.3掃描投影光刻機(jī)不管是接觸式還是

7、接近式光刻，都存在沾污、邊緣衍射、分辨率限制并且依賴操作者等問(wèn)題。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的掃描投影光刻機(jī)試圖解決這些問(wèn)題，直到20世紀(jì)80年代初掃描投影光刻機(jī)開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在這種光刻機(jī)仍在較老的晶圓生產(chǎn)線中使用。它們適用于線寬大于1m的非關(guān)鍵層。7.4.4分步重復(fù)光刻機(jī)圖7-13分步重復(fù)光刻機(jī)示意圖2021/8/14217.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介7.4.5步進(jìn)掃描光刻機(jī)步進(jìn)掃描光學(xué)光刻系統(tǒng)是一種混合設(shè)備，融合了掃描投影光刻機(jī)和分步重復(fù)光刻機(jī)的技術(shù)，是通過(guò)使用縮小透鏡掃描一個(gè)大曝光場(chǎng)圖像到晶圓上的一部分實(shí)現(xiàn)光刻。使用步進(jìn)掃描光刻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是增大了曝光場(chǎng)，可以獲得較大的芯片尺寸。透鏡視場(chǎng)只要是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)條就可以了，在步進(jìn)到下一個(gè)位置前，它通過(guò)一個(gè)小的、校正好的2633mm2像場(chǎng)掃描一個(gè)縮小的掩膜版（通常是4倍）。大視場(chǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)會(huì)在投影掩膜版上多放幾個(gè)圖形，因而一次曝光可以多曝光些芯片。步進(jìn)光刻的示意圖如圖7 14所示。2021/8/14227.4光刻設(shè)備簡(jiǎn)介圖7-14步進(jìn)光刻的示意圖2021/8/14237.5光刻質(zhì)量控制7.5.1光刻膠的質(zhì)量控制光刻膠的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在粘附性、膠膜厚度等方面。7.5.2對(duì)準(zhǔn)和曝光的質(zhì)量控制對(duì)準(zhǔn)和曝光的質(zhì)量控制主要