第8章 光刻與刻蝕工藝

集成電路制造工藝東華理工大學(xué)彭新村xcpeng8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(xué)光刻與刻蝕的定義光刻工藝的重要性：IC設(shè)計(jì)流程圖，光刻圖案用來(lái)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(diǎn)、引線孔等主流微電子制造過(guò)程中，光刻是最復(fù)雜，昂貴和關(guān)鍵的工藝，占總成本的1/3，一個(gè)典型的硅工藝需要15-20塊掩膜，光刻工藝決定著整個(gè)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，Etching）東華理工大學(xué)ULSI中對(duì)光刻的基本要求高分辨率高靈敏度的光刻膠低缺陷精密的套刻對(duì)準(zhǔn)對(duì)大尺寸硅片的加工東華理工大學(xué)§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(xué)預(yù)烘及涂增強(qiáng)劑去除硅片表面的水分增強(qiáng)與光刻膠的黏附力（親水性，疏水性）溫度一般為150～750℃之間可用涂覆增強(qiáng)劑（HMDS，六甲基乙硅氧烷）來(lái)增加黏附性東華理工大學(xué)涂膠（旋涂法）目的：形成厚度均勻、附著力強(qiáng)、沒有缺陷的光刻膠薄膜方法：旋涂法東華理工大學(xué)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(fēng)紅外線輻射熱平板傳導(dǎo)（100℃左右）東華理工大學(xué)顯影目的：顯現(xiàn)出曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形正膠：感光區(qū)域顯影溶解，所形成的是掩膜板圖形的正映像

負(fù)膠：反之方法：噴灑顯影液靜止顯影漂洗、旋干東華理工大學(xué)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(xué)后烘（堅(jiān)膜）目的：除去光刻膠中剩余的溶劑，增強(qiáng)光刻膠對(duì)硅片的附著力提高光刻膠在刻蝕和離子注入過(guò)程中的抗蝕性和保護(hù)能力減少光刻膠層中的缺陷（如針孔），修正圖形邊緣輪廓方法：高溫處理（150℃左右）光學(xué)穩(wěn)定（UV照射)東華理工大學(xué)刻蝕目的：選擇性地將未被光刻膠掩蔽的區(qū)域去除方法：干法刻蝕濕法刻蝕質(zhì)量指標(biāo)：分辨率；選擇性東華理工大學(xué)去膠目的：將經(jīng)過(guò)刻蝕的硅片表面留下的光刻膠去除方法：干法去膠（等離子體去膠、紫外光分解去膠）濕法去膠（無(wú)機(jī)溶液去膠、有機(jī)溶液去膠）東華理工大學(xué)§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(duì)數(shù)東華理工大學(xué)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(xué)反應(yīng)改變?nèi)芙庑愿泄獠牧希≒AC）：控制或調(diào)整光化學(xué)反應(yīng)，決定著曝光時(shí)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(xué)正膠與負(fù)膠負(fù)膠的缺點(diǎn)：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(xué)對(duì)比度光刻膠膜厚——曝光劑量響應(yīng)曲線對(duì)比度：

正膠：負(fù)膠：對(duì)比度越高，側(cè)面越陡，線寬更準(zhǔn)確對(duì)比度高，減少刻蝕過(guò)程中的鉆蝕效應(yīng)，提高分辨率東華理工大學(xué)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?jī)?chǔ)存壽命理想曝光圖形與實(shí)際圖形的差別東華理工大學(xué)§8.4曝光系統(tǒng)曝光系統(tǒng)光學(xué)曝光系統(tǒng)非光學(xué)曝光系統(tǒng)紫外（UV）深紫外（DUV）電子束曝光系統(tǒng)X射線曝光系統(tǒng)離子束曝光系統(tǒng)東華理工大學(xué)紫外（UV）光源水銀弧光燈光源i線（365nm）h線（405nm）g線（436nm）

缺點(diǎn)：能量利用率低（2％）準(zhǔn)直性差東華理工大學(xué)深紫外（DUV）光源KrF、ArF、F2準(zhǔn)分子激光器優(yōu)點(diǎn)：更高有效能量，各向異性，準(zhǔn)直，波長(zhǎng)更小，空間相干低，分辨率高缺點(diǎn)：帶寬寬，脈沖式發(fā)射，能量峰值大，損傷東華理工大學(xué)曝光方式（Exposure）曝光方式遮蔽式Shadesystem投影式projectionsystem接觸式Contactprinter接近式proximityprinter東華理工大學(xué)接觸式曝光(contactprinter)

接觸式曝光S=0，分辨率得到提高（1－3um)塵埃粒子的產(chǎn)生，導(dǎo)致掩膜版的損壞，降低成品率東華理工大學(xué)接近式曝光（proximityprinter）

接近式曝光（>3um）最小線寬LCD=1.4(Sλ)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(xué)投影式曝光(projectionsystem)最小尺寸：Lmin＝0.61λ/NA（亞微米級(jí)工藝）優(yōu)點(diǎn)：樣品與掩膜版不接觸，避免缺陷產(chǎn)生掩膜板不易損壞，可仔細(xì)修整缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高，產(chǎn)率低掃描方式：1：1步進(jìn)重復(fù)M：1縮小的步進(jìn)重復(fù)東華理工大學(xué)提高分辨率的方法離軸照明提高分辨率優(yōu)化焦深擴(kuò)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(xué)增強(qiáng)的深紫外光刻膠常規(guī)基體：PAG，保護(hù)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(qiáng)，短儲(chǔ)存時(shí)間）東華理工大學(xué)§8.5掩膜版的制造石英板熱擴(kuò)散系數(shù)小，刻寫過(guò)程中受T影響小對(duì)248，193nm波長(zhǎng)通透性好鉻層刻蝕和淀積相對(duì)容易對(duì)光線完全不透明掩膜版保護(hù)膜東華理工大學(xué)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(shí)際生產(chǎn)中