微細加工技術(shù)及其應(yīng)用

1、微細加工技術(shù)及應(yīng)用作業(yè)姓名：唐玉玲 學(xué)號：2011214764班級：1611102專業(yè)：微電子對比正負光刻膠（特性、成分、使用方法）正性膠和負性膠性能特征比較性能特征類型正性膠負性膠黏附性能（硅）-般優(yōu)秀可取的成分多很多對比度高低成本很昂貴便宜顯影劑水性溶劑有機溶劑顯影處理窗1】小非常寬圖像寬度與膠厚度比1:13:1有氧影響沒有影響有影響剝落處理采用不采用最小特征0 . 3 u m和更低+ 2 u m掩模板不透明敏感度低易引起針孔師物影響等離子蝕刻抗阻性很好不好易達到效果易獲得孤立易獲得孤立的線的洞或槽顯影后殘留 1 m是一個問題感光劑與產(chǎn)出比小0. 2-0.30. 5 1步調(diào)重度性好差氧化物

2、上膠剝離劑酸性溶液酸性溶液金屬物上膠剝離劑簡單溶液含氯溶液顯影劑中是否膨脹否是熱穩(wěn)定性好一般濕化學(xué)抗阻性-般優(yōu)秀不同曝光方式的正負性膠及光刻靈敏度曝光方式膠名稱極性光刻敏感度光Kadak 747負性膠9 mj/cmzAX-1350正性膠90 mj/cm-Kodak KTFR負性膠9 mj/cmzPR 102正性膠140 mj/cm2電子束COP負性膠0. 3 u C/cm2GeSe負性膠80 u c/mPBS正性膠1 H C/c:m-P M M A正性膠50 u C/cm-X射線COP負性膠175 mj/cm2DCOPA負性膠10 mj/cm-PBS正性膠95 mj/cm-P M M A正性膠

3、1000mJ/cm-分析投影式曝光取代掩膜式曝光的原因陰影式曝光技術(shù)中，掩膜直接與晶片接觸實現(xiàn)曝光的，叫接觸式曝光;掩膜與晶片保持一 間隙實現(xiàn)曝光的，叫接近式曝光。接觸式曝光技術(shù)比較簡單，能獲得較高分辨率（約川m）,但 掩膜與晶片間容易夾入灰塵顆粒,造成掩膜永久性損傷，降低成品率。接近式曝光不會帶來灰 塵顆粒損傷，但掩膜和晶片間的間隙（一般為1050p m）能導(dǎo)致光衍射誤差,降低分辨率。投影式曝光是利用光學(xué)投影成像的原理，通過投影物鏡將掩膜版大規(guī)模集成電路等的圖 形的像（1 ： 1像或縮小像），投影到涂有感光膠的晶片上，完成圖形轉(zhuǎn)移。掩膜圖形晶片離掩 膜有幾厘米遠,掩膜圖形被逐塊聚焦成像投影到

4、晶片上，并通過掃描或分步重復(fù)完成整個晶 片表面的曝光。投影式曝光技術(shù)能夠得到接觸式曝光的分辨力，而且又能避免接觸曝光易損 傷和玷污掩膜版的弊端。目前光學(xué)光刻技術(shù)雖然是主流技術(shù)，但光學(xué)曝光技術(shù)還有一定的局 限性，首先是光學(xué)衍射效應(yīng)的限制;光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和光學(xué)畸變也導(dǎo)致光學(xué)曝光的局限; 另外光源和抗蝕劑也是光學(xué)光刻無法逾越的障礙。電子束曝光的鄰近效應(yīng)特點電子束入射到抗蝕劑后，與抗蝕劑材料中的原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生散射。如果兩個圖形離 得很近，散射的電子能量會延伸到相鄰的圖形中，使圖案發(fā)生畸變；單個圖形的邊界也會由 于鄰近效應(yīng)而擴展。劑量校正：由于電子束散射，同一圖形在同一劑量下曝光的能量分布式不同

5、的，需要人 為的改變曝光劑量。將圖形進行幾何分割，計算每一部分能量的分布（每一點能量的分布符 合雙高斯函數(shù)），按照不同的區(qū)域分配曝光劑量。缺點：計算復(fù)雜，需要CAPROX等專業(yè)軟件；計算假設(shè)每一圖形內(nèi)部劑量一致，誤差存 在。兩種工藝（離子物理刻蝕與反應(yīng)離子刻蝕）在大深寬比結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的優(yōu)缺點離子物理刻蝕刻蝕優(yōu)缺點：離子刻蝕包括離子束刻蝕（IBE）和濺射刻蝕（SE）兩種。它們都是利用具有一定動能 的惰性氣體（如氬氣）的離子轟擊基片表面而造成刻蝕的，因此基本上是一種物理過程。濺 射刻蝕（SE）各向異性好，刻蝕圖形邊緣整齊，有很高的分辨率，但是這種方法轟擊離子具 有較高能量，易造成樣品的輻射損傷，特別

6、對性能較敏感的結(jié)構(gòu)，且刻蝕速率小，并且對不 同材料缺少選擇性。離子束刻蝕（IBE）則是利用離子源產(chǎn)生具有一定動能的惰性氣體的離子，轟擊樣品表 面而造成刻蝕。離子束刻蝕速率主要取決于離子束入射角、離子能量、離子束流密度34 以及被刻蝕材料。反應(yīng)離子刻蝕（RIE）優(yōu)缺點：在射頻濺射刻蝕時，若用反應(yīng)氣體代替惰性氣體，則稱之為反應(yīng)離子刻蝕，這種方法是 離子轟擊的物理效應(yīng)和活性粒子的化學(xué)效應(yīng)的結(jié)合，因而兼有前面兩類刻蝕方法的優(yōu)點，不 僅有高的刻蝕速率，而且可以有良好的方向性和選擇比，能刻蝕精細圖形。 反應(yīng)離子刻 蝕、濺射刻蝕和平板等離子體刻蝕的裝谿基本上都是平行板電極系統(tǒng)。反應(yīng)離子刻蝕與濺射 刻蝕的主要

7、區(qū)別在于：后者只是用惰性氣體的離子束，而前者則是用活性氣體。反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）利用從離子源發(fā)出的化學(xué)活性物質(zhì)對基片表面進行轟擊、反 應(yīng)，使基片刻蝕的方法。與IBE的區(qū)別是使用活性離子，而不是惰性氣體離子。它具有可刻 蝕亞微米結(jié)構(gòu)能力，可控制側(cè)壁傾角，減少反應(yīng)室的玷污及腐蝕等優(yōu)點，但也存在選擇性差、 器件壽命短、刻蝕速率低的問題。在新一代高密度等離子體源中，感應(yīng)耦合等離子體技術(shù)（Inductively Coupled Plasma）和螺旋波等離子體（Helicon Plasma）最為引人注目， 前者的工作原理是通過外加高頻耦合射頻電磁場，使電子和氣體分子碰撞電離產(chǎn)生等離子 體，該技術(shù)結(jié)合

8、側(cè)壁鈍化工藝刻蝕硅，可獲得高深寬比100）的硅微結(jié)構(gòu)。后者則具有異 常高的等離子體密度，在等離子體中心區(qū)電離效率幾乎可達100%。X射線曝光的用途及其為什么沒有取代傳統(tǒng)曝光用作大規(guī)模集成 電路一般把波長小于10nm的電磁輻射稱之為X射線。由于它的波長很短，具備了許多普通光 波所不具備的特征。X射線曝光（X2RayLithography,XRL）原理為高能電子束轟擊靶材料，使 靶釋放出X射線作為照明光源。從靶輻射出的X射線先透過很薄的濾光窗（鈹對X射線的吸 收率最低,通常用1020 “m厚的鈹材料做濾光窗），在常壓氦氣下，激光掩膜對片子上的抗 蝕劑進行曝光。X射線曝光其波長在01012nm（硬射

9、線）時，可以在更厚的感光膠上制作大深 寬比的圖形,是微機電系統(tǒng)MEMS的LIGA（光刻、電鑄和模鑄）工藝的重要手段。X射線曝光與 光學(xué)曝光比較其特點是:1）X射線曝光具有波長很短，衍射效應(yīng)小，可以復(fù)制極細線條的圖形, 具有極高的光刻分辨率等特性,分辨率已達到25nm，而傳統(tǒng)光學(xué)曝光的分辨率為70nm。2)X 射線光刻，除分辨率極高外還具有焦深長的特性，成像質(zhì)量好。目前X射線光刻使用的曝光波 長在01012nm的范圍內(nèi)，可以獲得W10nm的圖形;但對于傳統(tǒng)光學(xué)光刻來說,光學(xué)透鏡的數(shù) 值孔徑越大分辨率也就越高，同時又會導(dǎo)致焦深值的下降，限制了傳統(tǒng)光學(xué)曝光圖形的成像 效果。而且X射線光刻的大焦深不影

10、響其分辨率，這是傳統(tǒng)光學(xué)光刻難以做到的。3)X射線 可以穿透塵埃，方向性好,對環(huán)境不敏感。而傳統(tǒng)光學(xué)光刻掩膜版上掩膜與曝光硅片之間存在 的任何污點和缺陷顆粒都可能被復(fù)印到硅片上。4)在X射線曝光的情況下，不必為了在曝光、 顯影過程中出現(xiàn)類似電子束曝光存在的鄰近效應(yīng)，而規(guī)定一系列復(fù)雜的使用條件，而且可以 得到縱橫比大的、清晰的抗蝕劑圖形。5)在X射線光刻中發(fā)生的圖像縮短效應(yīng)比傳統(tǒng)光學(xué)光 刻要弱得多，而且X射線光刻的獨特優(yōu)點之一是掩膜對X射線的吸收不會發(fā)生嚴重的寄生衍 射、駐波效應(yīng),沒有缺痕也不需要抗射涂層，而且生產(chǎn)率高。離子束曝光沒有取代傳統(tǒng)光學(xué)曝光的最主要原因離子束是一種帶電原子或帶電分子流。

11、離子投影曝光(IonProjectionLithography,IPL) 就是由氣體(氫或氦)離子源發(fā)出的離子，通過多極靜電離子透鏡投照于掩模，并將圖像縮小 后聚焦于涂有抗蝕劑的片子上,進行曝光和步進重復(fù)操作。IPL具有分辨率高而焦深長，數(shù)值 孔徑小而視場大，衍射效應(yīng)小，損傷小,產(chǎn)量高，而且對抗蝕劑厚度變化不敏感,工藝成本低等 特點。離于束曝光和電子束曝光比較，首先是無鄰近效應(yīng)，離子具有電子無法比擬的優(yōu)點一一 一最輕的離子質(zhì)量都比電子重2000倍左右，離子束在感光膠中散射范圍極小，離子束曝光基 本不存在鄰近效應(yīng)。其次可以獲得高圖形分辨率,由于質(zhì)量大的原因，導(dǎo)致離子射線的波長比 電子射線的波長短得多,在相同加速電壓時，比電子束有更高的分辨率。離子束曝光得到的圖 形的側(cè)壁比較陡直,其最細線寬在10nm左右；同時導(dǎo)致離子束射入感光膠的射程比電子束的 短,入射離子的能量