超大规模集成电路技术基础

黄君凯教授,第4章光刻,光刻：将掩模上的图形转移到覆盖在晶片表面的光致抗蚀剂上的工艺过程。4.1光学光刻4.1.1超净间（1）尘埃粒子对晶片及光学掩模的影响：缺陷,图4-1影响掩模的方式,形成针孔,引起短路,造成电流收缩或膨胀,黄君凯教授,（2）超净间等级英制体系：超净间单位立方英尺可允许0.5及以上尘埃的最大数目。例如：100级存在0.5以上粒子尘埃100；10级存在0.5以上粒子尘埃10。公制体系：超净间单位立方米可允许0.5及以上粒子尘埃最大数目（以10为底）的对数值。例如：级存在0.5以上粒子尘埃3500；级存在0.5以上粒子尘埃350。这是由于：;。英制与公制对应关系：由于，；由于，。,黄君凯教授,普通超净间：光刻超净间：,图4-2超净间等级分布：英制（-）公制（）,黄君凯教授,（1）性能参数分辨率：不失真转移到晶片上抗蚀剂膜的最小图形尺寸。对准度：掩模之间在晶片上形成图形的套准精度。生产效率：对给定的掩模每小时能曝光的晶片数。,4.1.2曝光设备,黄君凯教授,（2）曝光方式遮蔽式复制：接触式复制和接近式复制复制最小线宽（临界尺寸）：（：光波长；：掩模和晶片间隙）,图4-3遮蔽式复制技术,尘埃引起的缺陷,光学衍射和大尺寸尘埃引起的分辨率下降。,黄君凯教授,投影式复制：扫描式复制和（精缩）分步重复式复制,图4-4投影式复制,黄君凯教授,（3）投影系统：分辨率和焦深（DOF）分辨率：（：光波长，：工艺因子）投影系统光圈（数值孔径）（:介质折射率）聚焦深度（焦深）：（：工艺因子）【分析】与之间的平衡选择：使用短波。,图4-5投影成像系统,黄君凯教授,（4）曝光光源高压汞弧灯可见光谱区：G、H、I线（I线分辨率：0.3）,图4-6汞弧灯光谱,黄君凯教授,深紫外光源（）准分子激光器（248nm）：分辨率准分子激光器（193nm）：分辨率准分子激光器（157nm）：分辨率极短紫外光源EUV（）激光等离子体和同步加速器：分辨率,黄君凯教授,4.1.3掩模,（1）掩模制备电路制图电子束光刻系统电子抗蚀剂掩模铬层CAD系统图形发生器（2）掩模衬底熔融石英平板（）：低热延展系数，高光透过率，高机械强度。,黄君凯教授,图4-7光学掩模,黄君凯教授,（3）成品率曲线成品率（：掩模层数，：缺陷密度，：IC缺陷面积）,图4-8成品率曲线（N=10层）,黄君凯教授,4.1.4光致抗蚀剂,（1）常规抗蚀剂：由感光剂、树脂和有机溶剂构成。正性抗蚀剂：曝光部分吸收光能导致化学结构变化，而可溶于显影液，形成与掩模一致的图像。负性抗蚀剂：曝光部分吸收光能导致有机物发生链反应，引起分子间交联构成分子量很高的聚合物，而难溶于显影液，形成与掩模相反的图像。注意负性抗蚀剂能吸收显影液而膨胀，限制了分辨率。化学增强抗蚀剂（CAR）：由光敏产酸剂、树脂和有机溶剂构成，用于深紫外线曝光。,黄君凯教授,（2）描述物理量灵敏度（参见上图）反差比：正性，负性。,图4-9曝光响应曲线,阈能值：灵敏度,灵敏度,衍射造成边缘分布,微量溶解度,黄君凯教授,4.1.5图形转移,（1）常规光刻工艺工艺过程：去水烘烤涂底（HMDS）涂胶软烤（前烘:,）曝光烘烤（，）显影硬烤（后烘、坚膜:，）腐蚀去胶,图4-10旋转涂胶工艺,厚度：,滴胶：2000转/min,30s,甩胶：600010000转/min,六甲基二硅胺烷,黄君凯教授,图4-11常规光刻工艺,黄君凯教授,（2）浮脱工艺,图4-12浮脱工艺,选择性溶解抗蚀剂,沉淀膜厚度远小于抗蚀剂膜,黄