不同衬底材料对光刻胶剖面的影响.docx

1、A第124期2013年8月电子与封装ELECTRONICS&PACKAGING不同衬底材料对光刻胶剖面的影响张世权，未试，顾霞(中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡214035)摘要：文章研完了在127mm硅片上分别生长金属柘和二氧化硅氐化硅会两种IC常用材料作为衬底对光刻胶形貌的影响，其造成光刻胶形貌是的原因是金属房部反射率高导致光刻股侧面曝光和入射光通过二氧化建II化硅仝层厚度的光程差正好为光源波长的整教倍.从而导致光刻胶底部干涉光同相位.通过增加底部抗反射层和调整景住膜层厚度解决了在这两种衬成材料下光刻股彩悦差的问题。关键词：光刻胶割面；抗反射层；薄膜厚度中图分类号：TN3

2、05.7文献标识码：A文章编号：1681-1070(2013)08-0037-03ResearchofPhotoResistsCrossSectiononDifferentSubstrateMaterialZHANGShiquan,ZHUBin,GUXia(ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationNo.58ResearchInstitute肋4214035,China)Abstract:TheinfluenceofthephotoresistscrosssectiononalliumsandSiO,substratehadbeeninvestigat

3、ed.Wccangetbetterphotoresistscrosssectionbyaddingbottomarclayeronalliumssubstrate,iftransparentsubstrate,itcanbedonebychangingthefilmthickness.Keywords:photoresistcrosssection;bottomarclaycr(BARC);filmthickness收稿日期：2013-04-141引言在半导体前端制造流程中，光刻工序贯穿了一个常规CMOS流程的始终，从最初的阱图形的形成到最后钝化窗口的形成，都需要光刻来帮助形成图形转移。半导体

4、制造工艺更加妾求工艺的可重复性和稽定性，对光刻工序而言光刻胶制面控制是光刻工之控制的关键点，光刻胶剖面影响着光刻CD的稳定性和精确性光刻胶剖面的影响因素有很多，光刻工艺条件包括涂胶、曝光、显影足最主要的影响因素.除此之外，不同衬底材料对光刻胶形貌也有重要的影响，本研究通过对金属薄膜和SiN薄膜进行研究，就高反射率薄膜材料和透明薄膜材料影响光刻胶形貌的根本原因作了详尽分析，并提出了有效的解决方案，可以在科研开发和生产中推广应用。2实验结果与讨论2.1金属衬底光刻胶形貌一般的0.8pmCMOS工艺流程中，互联采用的为A1工艺，常规工艺的金属膜层结构为Ti/TiN/Al(钛/氮化钛/铝)层结构，在金

5、属光刻、腐蚀完成后部分位置金属条出现了变细共至断条现象，如图I。图1金属断条剖面照片经过对光刻后光刻胶剖面的观察发现，光刻后光刻胶形貌已经变差，如图2.导致金属腐蚀后金属形貌差，究其造成金属光刻后形貌羌的原因，从图1中的剖面可明显看出异常位置的金属条正好处于两个高台阶(场氧化层)的底部，衬底金属为A1,反射率高导致光刻胶受到两伸I台阶反射而曝光.最终导致光刻胶形貌差。根据此原因，降低金溉层反射即可解决此向担通过更改金属层为Ti/TiN/Al/Ti/TiN,TiN表面反射远远低于Al.因此TiN可以作为底部抗反射层使用.再次经过光刻后的光刻胶形貌如图3,光刻胶形貌完全正常，俯视平面图如图4,形貌

6、良好。图2光刻胶形貌留3增加底部抗反射层后的光刻胶剖面图4增加底部抗反射层后金属腐做平面图2-2二氧化硅氮化硅整层衬底光刻胶形貌二氧化硅氮化硅叠层衬底主要应用在CMOS工艺的阱.有源区光刻后的光刻工序，氮化硅衬底的光刻胶形貌较难控制，技容易出现的就是氮化硅光刻后光刻胶形貌出现严'RFooting效应(光刻胶底部不陡ft).有研究发现这种材料光刻形貌是的原因主荽为氮化硅材料容易变脏，在疑化硅材料光刻前进行有效清洁后可以有效解决此问题。但在本研究中发现，采用刚刚从炉管生长出的氟化硅圆片，排除了表面吸潮、变脏的因素，光刻后仍然出现严重的Footing效应，如图5所示。图5SiO/SiN40n

7、m/150nm衬底光刻胶制面根据原衬底材料结构分析，二轼化硅/氮化硅(SiO2/SiN)厚度分别为40nm/150nm.光刻机为Gline光刻机。考虑到光源在光刻胶底层二氧化硅/氮化硅膜层顶层和底层反射的情况，粗略计算垂直入射的曝光光线在二氧化硅疑化硅顶层和底层反射后的光波程差为：(40x1.5)+(150x2)x2=720nm,其中40nm为二氧化硅厚度，1.5为二氧化硅的折射率，150nm为氮化硅厚度，2为氮化硅折射率。而Gline光刻机的光源波长为365nm,光程差基本为光源波长的整数倍，因此导致了光刻胶底部反射光和表面反射光相长干涉.造成光刻胶底部反射光对光刻胶形貌影响加剧，从而导致光

8、刻胶底部剖面变差。通过把二氧化硅层调整到100nm.计算可得曝光光线在二氧化硅/氤化硅顶层和底层反射后的光波程差为(100x1.5)4-(150x2)x2=900nm,约为Gline的光源波长(365nm)的1.4倍，这样在薄膜顶部和底部的反射光相消干涉，造成光刻胶底部反射光对光刻胶形貌影响变弱，不会出现明显的Footing.图7为增加二氧化硅厚度至100nm后的光刻胶剖面图。图6曝光光线在膜层中的反射示意图3结论AI表面反射率较高，在条宽降低至0.8pm附近的时候,由F衬底平坦程度的不同，部分红杂形貌位置由于侧面反射导致光刻胶条曝光，从而使得光刻胶形貌变差，通过增加金根表面TiN抗反射层可以

9、有效降低金属表面反射率，保证小条宽的光刻胶形貌。图7SiO,/SiN100nm/150nm）t刻胶剖面二氧化硅/耘化硅瓮层衬底光刻胶形貌受叠层厚度的严取影响，应该选择光刻机光源反射通过叠层的光程为光刻机光源波长的半整数倍，即把增反射膜变为抗反射膜，即可解决二氧化硅/敏化硅叠层衬底光刻胶形貌的严重Footing效应。综合以上两种材料对光刻胶形貌的影响分析.其核心原因郡为底部材料反射导致光刻胶形貌变差。通过以上两类问题的调查和解决，可以推断要（上接第21页）VisualBasic-致外，还有Ultra-FLEX测试系统定义的-些规则和硬件操作语法规则。调试时，可以通过设置程序断点，停留在任意测试项

10、的某-行代码上，并且可以利用系统自带的硬件调试工具，观察并调整硬件参数。同时还提供了其他-些工具，如澜试向威工具、向与控制界面、监视窗口等,利用VisualBasicEditor可以对代码进行查看和编辑。利用这些丰富的工具可以很轻松地调试程序，找到问题点。表3表格名称与功能名称功能描述HOME提供当前活动任务的概览和链接GlobalSpecs定义全局变欷，以供其他表格使用PinMap定义电路引呷名称，定义引脚I的您合以及定义控制字ChannelM叩定义引脚连接到测试系统的方式，并为每个引脚分配通道ACSpecs定义时间变址DCSpecs定义直流变fitPinLevels定义输入输出电压和电流值

11、EdgeSets定义时序数位和数据格式TimeSets定义时序名Characterization定义交流参数测试方式和参数TestInstances定义测试项，并要求输入测试项相关参数FlowTable定义测试项的执行顺序，并定义电路分类规则JobList定义特定任务包含的匚作表保证不同膜层衬底光刻胶形貌良好，就需要尽可能降低衬底材料反射，对于透明材料尽虽调整底部膜层厚度为入射波长的半整数倍，对于非透明材料通过增加粗糙度或者增加抗反射涂层来降低反射率。参考文献：1 李兴.超大规模集成电路技术M匕京：清华大学出版社，1999.2 KazuakiSuzuki,BruceWSmith.MicroLi

12、thographyScicnccfM.CRCPRESS,2007.3 HarryJ.Levinson.PrinciplesofLithographyCJ.SPIE,2010.作者简介：张世权（】982-）,男.甘肃会宁人，2006年毕业于兰州大学微电子学与固体电子学专业，获匚学硕士学位.目前从事于半导体工艺技术开发和管理工作.6结束语本文对基于Ultra-FLEX测试系统的集成电路测试开发做了阐述。介绍了Ultra-FLEX测试系统的硬件资源、软件拔源、测试程序开发的流程和调试方法。随着半导体技术和半导体集成电路的发展，基于大型测试系统的测试开发会越来越多，集成电路的测试在整个半导体产业中将占有更加术要的位置。参考文献：1 泰瑞达公司.Ultra-FLEX