不同襯底材料對(duì)光刻膠剖面的影響.docx

1、A第124期2013年8月電子與封裝ELECTRONICS&PACKAGING不同襯底材料對(duì)光刻膠剖面的影響張世權(quán)，未試，顧霞(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇無(wú)錫214035)摘要：文章研完了在127mm硅片上分別生長(zhǎng)金屬柘和二氧化硅氐化硅會(huì)兩種IC常用材料作為襯底對(duì)光刻膠形貌的影響，其造成光刻膠形貌是的原因是金屬房部反射率高導(dǎo)致光刻股側(cè)面曝光和入射光通過(guò)二氧化建II化硅仝層厚度的光程差正好為光源波長(zhǎng)的整教倍.從而導(dǎo)致光刻膠底部干涉光同相位.通過(guò)增加底部抗反射層和調(diào)整景住膜層厚度解決了在這兩種襯成材料下光刻股彩悅差的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：光刻膠割面；抗反射層；薄膜厚度中圖分類號(hào)：TN3

2、05.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1681-1070(2013)08-0037-03ResearchofPhotoResistsCrossSectiononDifferentSubstrateMaterialZHANGShiquan,ZHUBin,GUXia(ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.58ResearchInstitute肋4214035,China)Abstract:TheinfluenceofthephotoresistscrosssectiononalliumsandSiO,substratehadbeeninvestigat

3、ed.Wccangetbetterphotoresistscrosssectionbyaddingbottomarclayeronalliumssubstrate,iftransparentsubstrate,itcanbedonebychangingthefilmthickness.Keywords:photoresistcrosssection;bottomarclaycr(BARC);filmthickness收稿日期：2013-04-141引言在半導(dǎo)體前端制造流程中，光刻工序貫穿了一個(gè)常規(guī)CMOS流程的始終，從最初的阱圖形的形成到最后鈍化窗口的形成，都需要光刻來(lái)幫助形成圖形轉(zhuǎn)移。半導(dǎo)體

4、制造工藝更加妾求工藝的可重復(fù)性和稽定性，對(duì)光刻工序而言光刻膠制面控制是光刻工之控制的關(guān)鍵點(diǎn)，光刻膠剖面影響著光刻CD的穩(wěn)定性和精確性光刻膠剖面的影響因素有很多，光刻工藝條件包括涂膠、曝光、顯影足最主要的影響因素.除此之外，不同襯底材料對(duì)光刻膠形貌也有重要的影響，本研究通過(guò)對(duì)金屬薄膜和SiN薄膜進(jìn)行研究，就高反射率薄膜材料和透明薄膜材料影響光刻膠形貌的根本原因作了詳盡分析，并提出了有效的解決方案，可以在科研開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1金屬襯底光刻膠形貌一般的0.8pmCMOS工藝流程中，互聯(lián)采用的為A1工藝，常規(guī)工藝的金屬膜層結(jié)構(gòu)為T(mén)i/TiN/Al(鈦/氮化鈦/鋁)層結(jié)構(gòu)，在金

5、屬光刻、腐蝕完成后部分位置金屬條出現(xiàn)了變細(xì)共至斷條現(xiàn)象，如圖I。圖1金屬斷條剖面照片經(jīng)過(guò)對(duì)光刻后光刻膠剖面的觀察發(fā)現(xiàn)，光刻后光刻膠形貌已經(jīng)變差，如圖2.導(dǎo)致金屬腐蝕后金屬形貌差，究其造成金屬光刻后形貌羌的原因，從圖1中的剖面可明顯看出異常位置的金屬條正好處于兩個(gè)高臺(tái)階(場(chǎng)氧化層)的底部，襯底金屬為A1,反射率高導(dǎo)致光刻膠受到兩伸I臺(tái)階反射而曝光.最終導(dǎo)致光刻膠形貌差。根據(jù)此原因，降低金溉層反射即可解決此向擔(dān)通過(guò)更改金屬層為T(mén)i/TiN/Al/Ti/TiN,TiN表面反射遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Al.因此TiN可以作為底部抗反射層使用.再次經(jīng)過(guò)光刻后的光刻膠形貌如圖3,光刻膠形貌完全正常，俯視平面圖如圖4,形貌

6、良好。圖2光刻膠形貌留3增加底部抗反射層后的光刻膠剖面圖4增加底部抗反射層后金屬腐做平面圖2-2二氧化硅氮化硅整層襯底光刻膠形貌二氧化硅氮化硅疊層襯底主要應(yīng)用在CMOS工藝的阱.有源區(qū)光刻后的光刻工序，氮化硅襯底的光刻膠形貌較難控制，技容易出現(xiàn)的就是氮化硅光刻后光刻膠形貌出現(xiàn)嚴(yán)'RFooting效應(yīng)(光刻膠底部不陡ft).有研究發(fā)現(xiàn)這種材料光刻形貌是的原因主荽為氮化硅材料容易變臟，在疑化硅材料光刻前進(jìn)行有效清潔后可以有效解決此問(wèn)題。但在本研究中發(fā)現(xiàn)，采用剛剛從爐管生長(zhǎng)出的氟化硅圓片，排除了表面吸潮、變臟的因素，光刻后仍然出現(xiàn)嚴(yán)重的Footing效應(yīng)，如圖5所示。圖5SiO/SiN40n

7、m/150nm襯底光刻膠制面根據(jù)原襯底材料結(jié)構(gòu)分析，二軾化硅/氮化硅(SiO2/SiN)厚度分別為40nm/150nm.光刻機(jī)為Gline光刻機(jī)?？紤]到光源在光刻膠底層二氧化硅/氮化硅膜層頂層和底層反射的情況，粗略計(jì)算垂直入射的曝光光線在二氧化硅疑化硅頂層和底層反射后的光波程差為：(40x1.5)+(150x2)x2=720nm,其中40nm為二氧化硅厚度，1.5為二氧化硅的折射率，150nm為氮化硅厚度，2為氮化硅折射率。而Gline光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)為365nm,光程差基本為光源波長(zhǎng)的整數(shù)倍，因此導(dǎo)致了光刻膠底部反射光和表面反射光相長(zhǎng)干涉.造成光刻膠底部反射光對(duì)光刻膠形貌影響加劇，從而導(dǎo)致光

8、刻膠底部剖面變差。通過(guò)把二氧化硅層調(diào)整到100nm.計(jì)算可得曝光光線在二氧化硅/氤化硅頂層和底層反射后的光波程差為(100x1.5)4-(150x2)x2=900nm,約為Gline的光源波長(zhǎng)(365nm)的1.4倍，這樣在薄膜頂部和底部的反射光相消干涉，造成光刻膠底部反射光對(duì)光刻膠形貌影響變?nèi)?，不?huì)出現(xiàn)明顯的Footing.圖7為增加二氧化硅厚度至100nm后的光刻膠剖面圖。圖6曝光光線在膜層中的反射示意圖3結(jié)論AI表面反射率較高，在條寬降低至0.8pm附近的時(shí)候,由F襯底平坦程度的不同，部分紅雜形貌位置由于側(cè)面反射導(dǎo)致光刻膠條曝光，從而使得光刻膠形貌變差，通過(guò)增加金根表面TiN抗反射層可以

9、有效降低金屬表面反射率，保證小條寬的光刻膠形貌。圖7SiO,/SiN100nm/150nm）t刻膠剖面二氧化硅/耘化硅甕層襯底光刻膠形貌受疊層厚度的嚴(yán)取影響，應(yīng)該選擇光刻機(jī)光源反射通過(guò)疊層的光程為光刻機(jī)光源波長(zhǎng)的半整數(shù)倍，即把增反射膜變?yōu)榭狗瓷淠ぃ纯山鉀Q二氧化硅/敏化硅疊層襯底光刻膠形貌的嚴(yán)重Footing效應(yīng)。綜合以上兩種材料對(duì)光刻膠形貌的影響分析.其核心原因郡為底部材料反射導(dǎo)致光刻膠形貌變差。通過(guò)以上兩類問(wèn)題的調(diào)查和解決，可以推斷要（上接第21頁(yè)）VisualBasic-致外，還有Ultra-FLEX測(cè)試系統(tǒng)定義的-些規(guī)則和硬件操作語(yǔ)法規(guī)則。調(diào)試時(shí)，可以通過(guò)設(shè)置程序斷點(diǎn)，停留在任意測(cè)試項(xiàng)

10、的某-行代碼上，并且可以利用系統(tǒng)自帶的硬件調(diào)試工具，觀察并調(diào)整硬件參數(shù)。同時(shí)還提供了其他-些工具，如瀾試向威工具、向與控制界面、監(jiān)視窗口等,利用VisualBasicEditor可以對(duì)代碼進(jìn)行查看和編輯。利用這些豐富的工具可以很輕松地調(diào)試程序，找到問(wèn)題點(diǎn)。表3表格名稱與功能名稱功能描述HOME提供當(dāng)前活動(dòng)任務(wù)的概覽和鏈接GlobalSpecs定義全局變欷，以供其他表格使用PinMap定義電路引呷名稱，定義引腳I的您合以及定義控制字ChannelM叩定義引腳連接到測(cè)試系統(tǒng)的方式，并為每個(gè)引腳分配通道ACSpecs定義時(shí)間變址DCSpecs定義直流變fitPinLevels定義輸入輸出電壓和電流值

11、EdgeSets定義時(shí)序數(shù)位和數(shù)據(jù)格式TimeSets定義時(shí)序名Characterization定義交流參數(shù)測(cè)試方式和參數(shù)TestInstances定義測(cè)試項(xiàng)，并要求輸入測(cè)試項(xiàng)相關(guān)參數(shù)FlowTable定義測(cè)試項(xiàng)的執(zhí)行順序，并定義電路分類規(guī)則JobList定義特定任務(wù)包含的匚作表保證不同膜層襯底光刻膠形貌良好，就需要盡可能降低襯底材料反射，對(duì)于透明材料盡雖調(diào)整底部膜層厚度為入射波長(zhǎng)的半整數(shù)倍，對(duì)于非透明材料通過(guò)增加粗糙度或者增加抗反射涂層來(lái)降低反射率。參考文獻(xiàn)：1 李興.超大規(guī)模集成電路技術(shù)M匕京：清華大學(xué)出版社，1999.2 KazuakiSuzuki,BruceWSmith.MicroLi

12、thographyScicnccfM.CRCPRESS,2007.3 HarryJ.Levinson.PrinciplesofLithographyCJ.SPIE,2010.作者簡(jiǎn)介：張世權(quán)（】982-）,男.甘肅會(huì)寧人，2006年畢業(yè)于蘭州大學(xué)微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)，獲匚學(xué)碩士學(xué)位.目前從事于半導(dǎo)體工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和管理工作.6結(jié)束語(yǔ)本文對(duì)基于Ultra-FLEX測(cè)試系統(tǒng)的集成電路測(cè)試開(kāi)發(fā)做了闡述。介紹了Ultra-FLEX測(cè)試系統(tǒng)的硬件資源、軟件拔源、測(cè)試程序開(kāi)發(fā)的流程和調(diào)試方法。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，基于大型測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試開(kāi)發(fā)會(huì)越來(lái)越多，集成電路的測(cè)試在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中將占有更加術(shù)要的位置。參考文獻(xiàn)：1 泰瑞達(dá)公司.Ultra-FLEX