光刻與刻蝕工藝課件

1、 集成電路制造工藝東華理工大學 彭新8章 光刻與刻蝕工藝光刻的重要性及要求1光刻工藝流程23濕法刻蝕與干法刻蝕技術(shù)45曝光光源、曝光方式以及掩膜版光刻工藝的分辨率及光刻膠東華理工大學光刻與刻蝕的定義光刻工藝的重要性：IC設(shè)計流程圖，光刻圖案用來定義IC中各種不同的區(qū)域，如：離子注入?yún)^(qū)、接觸窗、有源區(qū)、柵極、壓焊點、引線孔等主流微電子制造過程中，光刻是最復雜，昂貴和關(guān)鍵的工藝，占總成本的1/3，一個典型的硅工藝需要15-20塊掩膜，光刻工藝決定著整個IC工藝的特征尺寸，代表著工藝技術(shù)發(fā)展水平。圖形加工圖形曝光（光刻，Photolithography）圖形轉(zhuǎn)移（刻蝕，Et

2、ching）東華理工大學8.1 光刻工藝流程涂膠 前烘 曝光 顯影 后烘 刻蝕 去膠東華理工大學預烘及涂增強劑去除硅片表面的水分增強與光刻膠的黏附力（親水性，疏水性）溫度一般為150750之間可用涂覆增強劑（HMDS，六甲基乙硅氧烷）來增加黏附性東華理工大學涂膠（旋涂法）目的：形成厚度均勻、附著力強、沒有缺陷的光刻膠薄膜方法：旋涂法東華理工大學前烘目的：使膠膜內(nèi)溶劑充分揮發(fā)，干燥，降低灰塵污染增加膠膜與下層膜的黏附性及耐磨性區(qū)分曝光區(qū)和未曝光區(qū)的溶解速度方法：干燥循環(huán)熱風紅外線輻射熱平板傳導（100左右）東華理工大學曝光后烘培目的：降低駐波效應(yīng)，形成均勻曝光東華理工大學刻蝕目的：選擇性地將未被

3、光刻膠掩蔽的區(qū)域去除方法：干法刻蝕 濕法刻蝕質(zhì)量指標：分辨率 ； 選擇性東華理工大學8.2 分辨率(Resolution)定義：分辨率R表示每mm內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)，即每mm內(nèi)包含有多少可分辨的線對數(shù)東華理工大學光刻膠的組成聚合物材料（樹脂）：保證光刻膠的附著性和抗腐蝕性及其他特性，光化學反應(yīng)改變?nèi)芙庑愿泄獠牧希≒AC）：控制或調(diào)整光化學反應(yīng)，決定著曝光時間和劑量溶劑：將樹脂溶解為液體，使之易于涂覆添加劑：染色劑等東華理工大學正膠與負膠負膠的缺點： 樹脂的溶漲降低分辨率 溶劑（二甲苯）造成環(huán)境污染東華理工大學 對比度光刻膠膜厚曝光劑量響應(yīng)曲線對比度： 正膠： 負膠：對比度越高，側(cè)面越

4、陡，線寬更準確對比度高，減少刻蝕過程中的鉆蝕效應(yīng)，提高分辨率東華理工大學其他特性光敏度膨脹性抗刻蝕能力和熱穩(wěn)定性黏著力溶解度和黏滯度微粒含量和金屬含量儲存壽命 理想曝光圖形與實際圖形的差別東華理工大學紫外（UV）光源 水銀弧光燈光源 i線（365nm） h線（405nm） g線（436nm） 缺點：能量利用率低（2） 準直性差東華理工大學深紫外（ DUV ）光源 KrF、ArF、F2準分子激光器 優(yōu)點：更高有效能量，各向異性，準直，波長更小，空間相干低，分辨率高 缺點：帶寬寬，脈沖式發(fā)射，能量峰值大，損傷東華理工大學接觸式曝光(contact printer) 接觸式曝光 S=0，分辨率得到提

5、高（13um) 塵埃粒子的產(chǎn)生，導致掩膜版的損壞，降低成品率東華理工大學接近式曝光（proximity printer） 接近式曝光（3um） 最小線寬LCD=1.4(S)1/2 減少了掩膜版的損壞，但分辨率受到限制東華理工大學提高分辨率的方法離軸照明 提高分辨率 優(yōu)化焦深擴大調(diào)焦范圍曝光 曝光接觸孔和通孔，需要更深聚焦深度化學增強的深紫外光刻膠 常規(guī)基體：PAG，保護劑，改良劑（易污染，更深UV難應(yīng)用） 深紫外基體：PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，抗蝕力不強，短儲存時間）東華理工大學8.5 掩膜版的制造石英板 熱擴散系數(shù)小，刻寫過程中受T影響小 對248，193nm波長通透性好鉻層 刻蝕和淀積相

6、對容易 對光線完全不透明掩膜版保護膜東華理工大學X射線曝光類似接近式曝光更大的粒子質(zhì)量，更高的分辨率純的X射線源難以得到掩模版的制備存在挑戰(zhàn)在實際生產(chǎn)中難以應(yīng)用東華理工大學8.6 ULSI對圖形轉(zhuǎn)移的要求東華理工大學濕法刻蝕優(yōu)缺點各向同性選擇性好東華理工大學典型薄膜的濕法刻蝕Si的濕法刻蝕常規(guī)腐蝕：硝酸氫氟酸水定向腐蝕：KOH水溶液異丙醇東華理工大學SiO2的濕法腐蝕 氫氟酸氟化氨緩沖溶液Si3N4的濕法腐蝕 熱磷酸東華理工大學8.8 干法刻蝕干法刻蝕等離子刻蝕：化學反應(yīng)，高速率，高選擇比，低缺陷，但各向同性濺射刻蝕（粒子銑）：物理濺射，各向異性，低選擇比，高缺陷反應(yīng)粒子刻蝕：化學和物理雙重作

7、用，各性能介于二者之間利用等離子激活的化學反應(yīng)或者利用高能離子束轟擊完成去除物質(zhì)的方法東華理工大學等離子刻蝕的工藝過程東華理工大學共同點：都是利用低壓狀態(tài)下氣體放電來形成等離子體作為刻蝕基礎(chǔ)不同點：刻蝕系統(tǒng)壓力：等反濺；溫度：等反濺；功率：反之；氣流等相關(guān)可控參數(shù)?？涛g機制：等離子刻蝕:（化學反應(yīng)）產(chǎn)生擴散吸附反應(yīng)解吸濺射刻蝕:（物理濺射）產(chǎn)生加速轟擊濺射排除東華理工大學二氧化硅和硅的干法刻蝕高壓等離子刻蝕 CF4+e CF3+F（自由基）+e SiO2+4F SiF4（氣）+O2 Si+4F SiF4 （氣）加入氧氣對刻蝕的影響：刻蝕Si和SiO2的速度都加快，且Si刻蝕速度增加更快，降低SiO2/Si刻蝕的選擇性加入氫氣對刻蝕的影響：對SiO2的刻蝕影響不大，但可減小對Si的刻蝕速度，增加SiO2/Si刻蝕的選擇性東華理工大學增加氫增加氧東華理工大學聚合物的形成和側(cè)壁保護東華理工大學8.9 刻蝕速率離子能量和入射角氣體成分氣體流速溫度壓力、功率密度負載效應(yīng)離子加速反應(yīng)機理：離子轟擊產(chǎn)生損傷或缺陷離子轟擊直接離解反應(yīng)劑分子離子轟擊可清除表面不揮發(fā)性的殘余物質(zhì)東華理工大學小結(jié)掌握光刻工藝的重要性及潔凈度概念掌握光刻工藝流程（七步，目的