集成電路光刻工藝課件

1第六章光刻工藝§1基本概念2一、光刻的定義：光刻是一種圖形復印和化學腐蝕相結合的精密表面加工技術。二、光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對應的幾何圖形，從而實現選擇性擴散和金屬薄膜布線的目的。3三、工藝流程：以負膠為例來說明這八個步驟，一般可分為：打底膜->涂膠->前烘->曝光->顯影->后烘->腐蝕->去膠。567曝光有多種方法：光學曝光就可分為接觸式、接近式、投影式、直接分步重復曝光。此外，還有電子束曝光和X射線曝光等。曝光時間、氮氣釋放、氧氣、駐波和光線平行度都是影響曝光質量曝光方法910§2光刻質量要求與分析一、光刻的質量要求：光刻的質量直接影響到器件的性能，成品率和可靠性。對其有如下要求，刻蝕的圖形完整性好，尺寸準確，邊緣整齊，線條陡直；圖形內無針孔，圖形外無小島，不染色；硅片表面清潔，無底膜；圖形套刻準確。11光刻膠的質量和放置壽命(6個月).顆粒<0.2m,金屬離子含量很少化學穩(wěn)定,光/熱穩(wěn)定度粘度13（2）針孔（3）小島（4）浮膠（5）毛刺、鉆蝕G、襯底反射影響：

H、顯影和刻蝕的影響：14§3光刻膠光刻膠的分類和光刻膠的質量要求。一、正膠和負膠：根據光刻膠在曝光前后溶解特性的變化，可將分為正膠和負膠。正膠：曝光前不可溶，曝光后可溶負膠：曝光前可溶，曝光后不可溶15二、光刻膠的感光機理聚乙烯醇肉桂酸酯KPR膠的光交聯(聚合)17聚乙烯醇肉桂酸酯KPR常用負膠有聚肉桂酸酯類、聚酯類和聚烴類18DNQ-酚醛樹脂光刻膠的化學反應

(光活潑化合物)O=S=OORO=S=OORN2oo(1)(2)h-N2重新排列O=S=OORO=S=OORcoOHco(4)(3)+H2O19（1）感光度

（2）分辨率（3）抗蝕性（4）粘附性（5）針孔密度（6）留膜率（7）性能穩(wěn)定三、光刻膠的性能指標21§4光刻技術簡介紫外光為光源的曝光方式:接觸式曝光、接近式曝光、投影式曝光三種其他曝光方式:X射線曝光、電子束曝光、直接分步重復曝光、深紫外線曝光。22一、接觸式曝光由于掩膜版與硅片相接觸磨損，是掩膜版的壽命降低。23接近式曝光是以犧牲分辨率來延長了掩膜版的壽命大尺寸和小尺寸器件上同時保持線寬容限還有困難。另外，與接觸式曝光相比，接近式曝光的操作比較復雜。二、接近式曝光25投影式曝光雖有很多優(yōu)點，但由于光刻設備中許多鏡頭需要特制，設備復雜26四、X射線曝光（4～20埃）基本要求：一、材料的形變小，這樣制成的圖形尺寸及其相對位置的變化可以忽略。二、要求掩膜襯底材料透X光能力強，而在它上面制作微細圖形的材料透X光能力差，這樣在光刻膠上可獲得分辨率高的光刻圖形。29電子束曝光不要掩膜版。電子束曝光設備復雜，成本較高。制作掩膜版3031三個獨特的優(yōu)點：（1）它是通過縮小投影系統(tǒng)成像的，因而可以提高分辨率。用這種方法曝光，分辨率可達到1～1.5微米；（2）不要1:1精縮掩膜，因而掩膜尺寸大，制作方便。由于使用了縮小透鏡，原版上的塵埃、缺陷也相應的縮小，因而減小了原版缺陷的影響；六、直接分步重復曝光32分步重復曝光光學原理圖33（3）由于采用了逐步對準技術可補償硅片尺寸的變化，提高了對準精度。逐步對準的方法也可以降低對硅片表面平整度的要求。34七、深紫外線曝光

“深紫外光”大致定義為180nm到330nm間的光譜能量。它進一步分為三個光帶：200nm到260nm；260nm到285nm以及285nm到315nm。35幾種實用的光刻膠配方。PMMA對210nm到260nm的紫外光有感光性，感光性最佳的紫外光光譜約為220nm；PMIK的紫外光感光光譜為220nm到330nm，峰值光譜約為190nm和285nm。36AZ240系列光刻膠的感光光譜為240nm到310nm，峰值光譜約為248nm、300nm、315nm。ODVR系列光刻膠的感光光譜為200nm到315nm，峰值光譜為230nm、280nm、300nm。3738遠紫外光作為曝光方法通常有兩種：

對準曝光和泛光曝光(不必對準)。泛光曝光：該工藝又被稱為“多層抗蝕劑技術”，它同時使用深紫外光和標準紫外光的抗蝕劑。深紫外光的抗蝕劑直接被甩到晶片上，填滿所有的空隙，留下平坦的表面。然后在上面甩上第二層膠。(第二層膠一般為正膠)。39上面一層的抗蝕劑在步進光刻機用普通掩膜對準方式曝光，然后顯影，