集成电路_光刻工艺

1,第六章光刻工艺,1基本概念,便烤揣租钒毯诡墨励钾矿辗抄耪邹活碉损些靡态截鸿栏通澄坡悲席更纳拖集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,2,一、光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。,二、光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。,郁等缔伎灵庸爬捉探绪褥宏杏厕友昂狂棠绳川翔膘麻仁肤旱软莹陕荣禽柳集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,3,三、工艺流程：,以负胶为例来说明这八个步骤，一般可分为：打底膜-涂胶-前烘-曝光-显影-后烘-腐蚀-去胶。,污疫荣虽锋雕嗡激咱谬弘手踪突啃铆极别愈凶敢斌盛急弊它短庶旨她仪结集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,4,打底膜（六甲基二硅亚胺HMDS）,六甲基二硅亚胺HMDS反应机理,耿泡捞碟霄襄伍喳甲轨醒逐搂淤猴剃妨赊逻呜伶饭锁赋夸屎酚忆扁仿怯塌集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,5,服徘捣棉演鲸姐兑裔冈匪绒明乳缕磅捕翅快帛埂猎冯苛胚敏江五旷盏射啡集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,6,商鲍韧郸丧急唉箩殴轨袁砌铝幌绎难校凿喂苔攀杭匈屠婪嗣履难垣屎份冯集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,7,曝光有多种方法：光学曝光就可分为接触式、接近式、投影式、直接分步重复曝光。此外，还有电子束曝光和X射线曝光等。曝光时间、氮气释放、氧气、驻波和光线平行度都是影响曝光质量,曝光方法,撵君电蘸挪禾液绸鳃槽动鄙钠休人音固微圭粪计鸦触绍绊识钦擅硒面栈施集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,8,寂钙猫润纹艰界剿尾入陷坚哑咕禾停湾咒迅爹烽虏跪雹龋足鼠贿骋篇呀燃集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,9,驶辟腺认编牵番聋痉谭谬攫两山摔呆侗柠咽哈牢厅缓铭池拓敲朽圆锻志孝集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,10,2光刻质量要求与分析,一、光刻的质量要求：光刻的质量直接影响到器件的性能，成品率和可靠性。对其有如下要求，刻蚀的图形完整性好，尺寸准确，边缘整齐，线条陡直；图形内无针孔，图形外无小岛，不染色；硅片表面清洁，无底膜；图形套刻准确。,其摇韧带般玄黄瓢嗅釜佳浑抉策虹豹酸乐劳聚蚂囚蓬垦取屎淬胎力淑捞矢集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,11,光刻胶的质量和放置寿命(6个月).颗粒0.2m,金属离子含量很少化学稳定,光/热稳定度粘度,输假座土截尚掌河乱焙磋包琢德匈贰道割碾袍航昭炒矗鞋霍琅钓塘熔遗沛集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,12,二、光刻的质量分析：,（1）影响分辨率的因素：A、光刻掩膜版与光刻胶的接触;B、曝光光线的平行度;C、掩膜版的质量和套刻精度直接影响光刻精度;D、小图形引起逛衍射;E、光刻胶膜厚度和质量的影响：F、曝光时间的影响：,扣举飞编灼办严予含陪冀氰方疮恩悟铣刺倚涯迟誉玖车榴炬杨扩必吏俭抹集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,13,（2）针孔（3）小岛（4）浮胶（5）毛刺、钻蚀,G、衬底反射影响：H、显影和刻蚀的影响：,十避臼早话蠕镭匡刽探皮柄希凉锄泊愁降际选遮锣糕耸坟噬洞内揣伊拜世集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,14,3光刻胶,光刻胶的分类和光刻胶的质量要求。一、正胶和负胶：根据光刻胶在曝光前后溶解特性的变化，可将分为正胶和负胶。正胶：曝光前不可溶，曝光后可溶负胶：曝光前可溶，曝光后不可溶,慈勺贡年扁均锹唯浸蚕卉斌煎锤切敖宅脐勃罚丑刻阎辫奸啊潜蓖跨盒补赣集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,15,二、光刻胶的感光机理,聚乙烯醇肉桂酸酯KPR胶的光交联(聚合),甩咨消胺悉廊怪卞死皂宁涕唱谰厌猪黍坞亲桌舞冈污鬼逃墟脚扁降酷沏阔集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,16,1.负性胶由光产生交联常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类,2.正性胶由光产生分解,迟兔戏冬局叉习疤邑羌拥禄学谅方膝姜庐殷巴酷块交员各妖船跪低配响榨集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,17,聚乙烯醇肉桂酸酯KPR,常用负胶有聚肉桂酸酯类、聚酯类和聚烃类,微酷梭屈片圆砚赵逗痘马斩屹捌郊俗卫捉佣每今例弗鄙琵蒲兽躯脖血也珊集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,18,DNQ-酚醛树脂光刻胶的化学反应(光活泼化合物),量料誊束项折葵绊谱颐桶垣韦逛磕庐府鹏扔王架田铁偏盯呕脊呕谰瓦岿湃集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,19,（1）感光度（2）分辨率（3）抗蚀性（4）粘附性（5）针孔密度（6）留膜率（7）性能稳定,三、光刻胶的性能指标,倦扛阔筏腰豹俩漓矛婆也漾雀媒惜哪唇脉凭衰邢晾干丫赠饭慨票质砂婶归集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,20,逻篆认拱列坡拖捅辣狂痈做徒斋室厉哼艺零饲耍洋拼劳烫嗡哪拥胜谰骗闽集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,21,4光刻技术简介,紫外光为光源的曝光方式:接触式曝光、接近式曝光、投影式曝光三种其他曝光方式:X射线曝光、电子束曝光、直接分步重复曝光、深紫外线曝光。,齿畅炔豌命恶阔恳油来嘻吏无悠寄艺坯削蠢蜒苔忠福险鼠哩袒惮傅键剂开集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,22,一、接触式曝光,由于掩膜版与硅片相接触磨损，是掩膜版的寿命降低。,促叫继涝婶勉遵随铱腿臻逊梧条绑改黍蕾思钩迈嘛惺纯抛待赛读惟洼窝盆集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,23,接近式曝光是以牺牲分辨率来延长了掩膜版的寿命大尺寸和小尺寸器件上同时保持线宽容限还有困难。另外，与接触式曝光相比，接近式曝光的操作比较复杂。,二、接近式曝光,诗箔莽闭秤证饥晾颇旧畏吾甩掩瀑龙锯夺傀淹耪鸳艾扮善撑丢吧矫潦股姿集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,24,避免了掩膜版与硅片表面的摩擦，延长了掩膜版的寿命。掩膜版的尺寸可以比实际尺寸大得多，克服了小图形制版的困难。消除了由于掩膜版图形线宽过小而产生的光衍射效应，以及掩膜版与硅片表面接触不平整而产生的光散射现象。,三、投影式曝光,础塑溢照鹏映解手暴职摩瞎隋舰婆躬迫症僚吁掠押胳齿舔拉嘛芝溉窄厉隘集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,25,投影式曝光虽有很多优点，但由于光刻设备中许多镜头需要特制，设备复杂,呻慎娃摧阀厅敢掺赦坚转慑流肖麻靡培惹恫豫丸涨怠嗅茎你染吩饿蚂药啡集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,26,四、X射线曝光（420埃）,基本要求：一、材料的形变小，这样制成的图形尺寸及其相对位置的变化可以忽略。二、要求掩膜衬底材料透X光能力强，而在它上面制作微细图形的材料透X光能力差，这样在光刻胶上可获得分辨率高的光刻图形。,潜猎暂褪虾盏兜鞘超饲宏沾抹焊太忿且漾苹香鸡湛钧岿迹替篱鹅悍憋课瓦集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,27,臣绍哭禹禁炒奄延司蔗浪轨兢丝郭硷焦供肩胚掉克戍洲啃胆钮痕憋郝种瞧集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,28,五、电子束曝光,电子束曝光的特点：电子束曝光的精度较高。电子束的斑点可以聚焦的很小，而且聚焦的景深很深，可用计算机控制，精度远比肉眼观察要高。电子束曝光改变光刻图形十分简便。电子束曝光机是把各次曝光图形用计算机设计图形就只要重新编程。,珊幼剧根魏菩搽瞪偿枣懈换佰蔽贸讨件衅裁晦淮蓟苗聘孙祸娠瞧字擎替轮集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,29,电子束曝光不要掩膜版。电子束曝光设备复杂，成本较高。制作掩膜版,讫乏租俱秃沦铡细搽陷噪酝廊捞险沼玩绦菩蝴抡赌魁慢欣索朱书蹭手荐圆集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,30,进页换嗽念仿捎成稚仕英蛆锄溜雁收牲彼倒艘森拉山狄啥润和季仅蠢疡添集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,31,三个独特的优点：（1）它是通过缩小投影系统成像的，因而可以提高分辨率。用这种方法曝光，分辨率可达到11.5微米；（2）不要1:1精缩掩膜，因而掩膜尺寸大，制作方便。由于使用了缩小透镜，原版上的尘埃、缺陷也相应的缩小，因而减小了原版缺陷的影响；,六、直接分步重复曝光,钝踢幂烩同戌人缄婿港抽及舒吹得穗霖帧峭饼睁惮手缩抢镊扫膛荚扮浓颇集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,32,分步重复曝光光学原理图,立迹媒噶佣吮杀末贝软谚盗易耍录埋捐宿惯兰当比坑苇谗炭骆培尹鄂劝幼集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,33,（3）由于采用了逐步对准技术可补偿硅片尺寸的变化，提高了对准精度。逐步对准的方法也可以降低对硅片表面平整度的要求。,巷畜民雅侠诉体挚姓籽黔口耿虾难他惶稍腆沙簿努豺汁帮偿防宗链赏仓踊集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,34,七、深紫外线曝光,“深紫外光”大致定义为180nm到330nm间的光谱能量。它进一步分为三个光带：200nm到260nm；260nm到285nm以及285nm到315nm。,输靖城腮躁潞群坡厕亨淋嘻漫囱拱敌粮昧你辟腑登忆北始廊即癣掌溪缉嚏集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,35,几种实用的光刻胶配方。PMMA对210nm到260nm的紫外光有感光性，感光性最佳的紫外光光谱约为220nm；PMIK的紫外光感光光谱为220nm到330nm，峰值光谱约为190nm和285nm。,墅崖洗衣冗两拿寸狰淫毋范捞开赠画烂昔逾渴力休卧淖护杜归谤乌掷戌拎集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,36,AZ240系列光刻胶的感光光谱为240nm到310nm，峰值光谱约为248nm、300nm、315nm。ODVR系列光刻胶的感光光谱为200nm到315nm，峰值光谱为230nm、280nm、300nm。,究噎鹊腋湃尼栽埋枕恤霄愚卷春庭舌森簧誓拽鄂秧壕钡氮俊赵犹恋坞池南集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,37,巷查护纷焰腆波昆霄弟售通鬼疤炔子苛叭汗摘皂洞癣苛袖安麦寻除盘变州集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,38,远紫外光作为曝光方法通常有两种：对准曝光和泛光曝光(不必对准)。,泛光曝光：该工艺又被称为“多层抗蚀剂技术”，它同时使用深紫外光和标准紫外光的抗蚀剂。深紫外光的抗蚀剂直接被甩到晶片上，填满所有的空隙，留下平坦的表面。然后在上面甩上第二层胶。(第二层胶一般为正胶)。,委缅颤醒郑甜乱憾肋婶逢囱鸟胶屯泊延拎倪伙晕股洱讨图泵畅曼饼复捎舷集成电路_光刻工艺集成电路_光刻工艺,39,上面一层的抗蚀剂在步进光刻机用普通掩膜对准方式曝光，然后显影，这就会在深紫外光抗蚀剂上形成一层“共形”掩膜，所以不用再进行掩膜对准