《集成电路工艺原理》实验三 光刻技术

实验三光刻技术

一、概述

在集成电路制造工艺中，光刻工艺是其中i项重要工艺。光刻工艺是利用类似照相制版

的原理，在半导体晶片表面的掩膜层上面刻蚀精细图形的表面加工技术。也就是使用可见光

和紫外光线把电路图案投影''印刷〃到覆有感光材料的硅晶片表面，再经过蚀刻工艺去除无用

部分，所剩就是电路本身了。光刻工艺的流程中有制版、硅片氧化、涂胶、曝光、显影、腐

蚀、去胶等等。

光刻是制作半导体器件和集成电路的关犍工艺。自60年代以来，都是用带有图形的掩

膜覆盖在被加工的半导体芯片表面，制作出半导体器件的不同工作区。随着集成电路所包含

的器件越来越多，要求单个器件尺寸及其间隔越来越小，所以常以光刻所能分辨的最小线条

宽度来标志集成电路的工艺水平。国际上较先进的集成电路生产线是1微米线，即光刻的分

辨线宽为1微米。U本两家公司成功地应用加速器所产生的同步辐射X射线进行投影式光

刻，制成了线宽为0・1微米的微细布线，使光刻技术达到新的水平。

光刻技术的三要素是光刻胶、掩模板和光刻机。光刻的曝光方法也有多种，如接触式、

投影式、电子束、电子束投影、X射线等曝光方法。这些工艺都是在极微观的范围内进行的，

要求操作环境和仪器设备的条件都很高，全部都在超净车间中进行。光刻图形的质量可以直

接影响集成电路的可靠性和成品率。

1.以Photons为光源的光刻技术

在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的

主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)

光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使用最多的技术，特别是前两种技术，

在半导体工业的进步中，起到了重要作用。

紫外光刻技术是以高压和超高压汞(HR)或者汞-颔(肥-Xe)弧灯在近紫外(350〜450nm)

的3条光强很强的光谱(g、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离

轴照明技术(0AI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等，可为0.35〜0.25um

的大生产提供成熟的技术支持和设备保障，在目前任何一家FAB中，此类设备和技术会占整

个光刻技术至少50%的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。

深紫外技术是以KrF气体在高压受激而产生的等离子体发出的深紫外波长(248nm和

193nm)的激光作为光源，配合使用i线系统使用的一些成熟技术和分辨率增强技术(RET)、

高折射率图形传递介质(如浸没式光刻使用折射率常数大于1的液体)等，可完全满足0.25〜

0.18口m和0.18tlm~90nm的生产线要求：同时，90~65nm的大生产技术已经在开发中，

如光刻的成品率问题、光刻胶的问题、光刻工艺中缺陷和颗粒的控制等，仍然在突破中；至

于深紫外技术能否满足65〜45nm的大生产工艺要求，目前尚无明确的技术支持。相比之下，

由于深紫外(248nm和193nm)激光的波长更短，对光学系统材料的开发和选择、激光器功

率的提高等要求更高。

极紫外(EUV)光刻技术早期有波长10〜100nm和波长1〜25nm的软X光两种，两者的

主要区别是成像方式，而非波长范围。前者以缩小投影方式为主，后者以接触/接近式为主，

目前的研发和开发主要集中在13nm波长的系统上。极紫外系统的分辨率主要瞄准在13〜

16nm的生产上。考虑到技术的延续性和产业发展的成本等因素，极紫外(EUV)光刻技术是

众多专家和公司看好的、能够满足未来16nm生产的主要技术。但由于极紫外(EUV)光刻掩

模版的成本愈来愈高，产业化生产中由于掩模版的费用增加会导致生产成本的增加，进而会

大大降低产品的竞争力，这是极紫外(EUV)光刻技术快速应用的主要障碍。为了降低成本，

国外有的研发机构利用极紫外(EUV)光源，结合电子束无掩模版的思想，开发成功了极紫外

(EUV)无掩模版光刻系统，但还没有商品化，进入生产线。极紫外光刻技术承担了目前大生

产技术中关键层的光刻工艺，占有整个光刻技术的40%左右。

X射线光刻技术也是20世纪80年代发展非常迅速的、为满足分辨率100nm以下要求

生产的技术之一。主要分支是传统靶极X光、激光诱发等离子X光和同步辐射X光光刻技术。

特别是同步辐射X光(主要是0.8nm)作为光源的X光刻技术，光源具有功率高、亮度高、

光斑小、准直性良好，通过光学系统的光束偏振性小、聚焦深度大、穿透能力强：同时可有

效消除半阴影效应(PenumbraEffect)等优越性。X射线光刻技术发展的主要困难是系统体

积庞大，系统价格昂贵和运行成本居高不下等等。不过最新的研究成果显示，不仅X射线光

源的体积可以大大减小，近而使系统的体积减小外，而且一个X光光源可开出多达20束X

光，成本大幅降低，可与深紫外光光刻技术竞争。

2.以Particles为光源的光刻技术

以Particles为光源的光刻技术主要包括粒子束光刻、电子束光刻，特别是电子束光刻

技术，在掩模版制造业中发挥了重要作用，目前仍然占有霸主地位，没有被取代的迹象；但

电子束光刻由于它的产能问题，一直没有在半导体生产线上发挥作用，因此，人们一直想把

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缩小投影式电子束光刻技术推进半导体生产线。特别是在近几年，取得了很大成就，产能己

经提高到20片/h(e200nun列片)。

电子束光刻进展和研发较快的是传统电子束光刻、低能电子束光刻、限角度散射投影电

子束光刻(SCALPEL)和扫描探计电子束光刻技术(SPL)o传统的电子束光刻已经为人们在掩模

版制造业中广泛接受，但由于传统电子束光刻存在前散射效应、背散射效应和邻近效应等,

有时会造成光致抗蚀剂图形失真利电子损伤基底材料等问题，由此产生了低能电子束光刻和

扫描探针电子束光刻。低能电子束光刻光源和电子透镜与扫描电子显微镜(SEM)基本•样，

将低能电子打入基底材料或者抗蚀剂，以单层或者多层L-B膜(Langmuir-BlodgettFilm)

为抗蚀剂，分辨率可达到10nm以卜.,目前在实验室和科研单位使用较多。扫描探针电子束

光刻技术(SPL)是利用扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜原理，将探针产生的电子束，在

基底或者抗蚀剂材料上直接激发或者诱发选择性化学作用，如刻蚀或者淀枳进行微细图形加

工和制造。SPL目前比较成熟，主要应用领域是MEMS和MOEMS等纳米器件的制造，随着纳

米制造产业的快速发展，扫描探针电子束光刻技术(SPL)的前景有望与光学光刻媲美。另外

一种比较有潜力的电子束光刻技术是SCALPEL,由于SCALPEL的原理非常类似于光学光刻技

术，使用散射式掩模版(又称鼓膜)和缩小分步扫描投影工作方式，具有分辨率高(纳米级)、

聚焦深度长、掩模版制作容易和产能高等优势，很多专家认为SCALPEL是光学光刻技术退出

历史舞台后，半导体大生产进入纳米阶段的主流光刻技术，因此，有人称之为后光学光刻技

术。

粒子束光刻发展较快的自聚焦粒子束光刻(FIB)和投影粒子束光刻，由于光学光刻的不

断进步和不断满足工业生产的需要，使离子束光刻的应用已经有所扩展，如FIB技术目前主

要的应用是将FIB与FE-SEM连用，扩展SEM的功能和使得SEN观察方便；另外，通过方便

的注射含金属、介电质的气体进入FTB室，聚焦离子分解吸附在晶圆表面的气体，可完成金

属淀积、强化金属刻蚀、介电质淀积和强化介电质刻蚀等作用。投影粒子束光刻的优点很明

显，但缺点也很明显，如无背向散射效应和邻近效应，聚焦深度长，大于10Hm,单次照射

面积大，故产能高，目前可达。200mm硅片60片/h,可控制粒子对抗蚀剂的渗透深度，

较容易制造宽高比较大的三维图形等等；但也有很多缺点，如因为空间电荷效应，使得分辨

率不好，口前只达到80〜65nm,较厚的掩模版散热差，易受热变形，有些时候还需要添加

冷却装置等等。近几年由于电子束光刻应用的迅速扩展，粒子束光刻除了在FIB领域的应用

被人们接受外，在MEMS的纳米器件制作领域也落后于电子束和光学光刻，同时，人们对其

在未来半导体产业中的应用也没有给予厚望。

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二、实验目的

本实验目的：在学习和掌握光刻工艺原理的基础上，通过实验操作对光刻工艺流程有一

个深刻地认识，掌握光刻工艺中各个操作步骤，包括涂胶、前嫉、曝光、显影、坚膜、腐蚀、

去胶等工序的目的、方法和原理。了解常见光刻缺陷，如浮胶、毛刺、钻蚀等产生的原因和

解决方法。

三、实验要求

对于热氧化生长SiC）2层后的Si片材料，使用负性光致抗蚀剂，按照实验中给定的光刻

掩膜版（一张或数张），完成满足光刻质量要求的图形刻蚀。对于多张掩膜版的情形，应达

到套刻精度要求，以满足后续工艺之需。

四、实验内容

1、对热氧化生长的SiO2层后（或完成扩散工艺后）的Si片，在光刻实验室内进行：

①在匀胶机上涂胶、甩胶：

②放入烘箱进行前烘：

③米用紫外线接触曝光法，利用掩模板在光刻机上进行曝光：

④曝光后的样品放入显膨液中进行显影；

⑤显影完的样品再放入烘箱中进行坚膜；

@将坚膜后样品放入田制好的腐蚀液中进行图形腐蚀：

⑦用强氧化剂进行去胶。

2、完成光刻的样品就可进行卜道工序：扩散工艺，见实验四。

3、扩散完成后，如进行多次扩散，则需进行图形套刻，重复上述步骤①-⑦即可。

4、对上述各工艺步骤必须进行质量检查，通常采用显微镜进行检验，发现问题及时处理,

甚至返工。

五、实验原理

光刻工艺是利用类似照相制版的原理，在半导体晶片表面的掩膜层上而刻蚀精细图形

的表面加工技术。

1.光致抗蚀剂简称光刻技或抗蚀剂，受到光辐照后发生.光化学反应，其内部分子结构

发生变化，在显影液中感光与未感光部分的溶解速度相差很大。是光照后能改变抗蚀能力的

高分子化合物。

光蚀剂分为两大类。

①正性光致抗蚀剂：其基本聚合物是苯酚-甲醛聚合物，也称为苯酚-甲醛Novolak树

脂，聚合物是相对不可溶的，在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成可溶状态；受光照

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部分发生降解反应而能为显影液所溶解。留卜.的非曝光部分的图形与掩模版一致。正性抗

蚀剂具有分辨率高、对驻波效应不敏感、曝光容限大、针孔密度低和无毒性等优点，适合

于高集成度器件的生产。

②负性光致抗蚀剂：聚合物曝光后会由非聚合态变为聚合状态，形成一种互相粘结的

物质，是抗刻蚀的，大多数负胶里面的聚合物是聚异戊二烯类型的，早期是基于橡胶型的

聚合物；受光照部分产生交链反应而成为不溶物，非曝光部分被显影液溶解，获得的图形

与掩模版图形互补。负性抗蚀剂的附着力强、灵敏度高、显影条件要求不严，适于低集成

度的器件的生产。

a、光刻胶组成：聚合物+溶剂+感光剂+添加剂

普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应，它们称为光学光刻胶(optical

resist),还有其它光刻胶可以与X射线或者电子束反应。

b、光刻胶的表现要素：

分辨率：resolutioncapability＞纵横比-aspectratio(光刻胶厚度与图形打开尺寸的比

佰、正胶一般比仇胶有更高的纵横比)：

粘结能力：负胶的粘结能力通常比正胶强一些；

曝光速度、灵敏性和曝光源：反应速度越快，在光刻蚀区域晶圆的加工速度越快：灵

敏性是与导致聚合或者光溶解发生所需要的能量总和相关的；波长越短的射线能量越

高；

工艺宽容度：工艺维度越宽，在晶圆表面达到所需要尺寸的可能性就越大；

针孔：针孔是光刻胶层尺寸非常小的空穴，光刻胶层越薄，针孔越多。

c、正胶和负胶的比较；

两者相比优缺点如下：正胶的纵横比更高、负胶的粘结刀更强曝光速度更快：正胶的

针孔数量、阶梯覆盖度更好，但成本更高；正胶使用水溶性溶剂显影，而负股使用有

机溶剂显影。

2、光刻工艺原理

光刻工艺流程如图3.1所示。

光刻工艺剖析：光刻十步法：

表面准备一涂光刻放一前炫一对准和曝光一显影一坚膜一显影目测一腐蚀一光刻胶去除

一最终目检；

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紫外光

去般

图3.1光刻工艺流程图

①表面准备:

要求涂覆表面必须是清洁干燥的。硅片搁置较久或光刻返工，都应对表面进行清洁

处理在涂胶。方法如下：

微粒清除：高压氮气吹除、化学湿法清洗、旋转刷刷洗、高压水流；

脱水烘焙：目的：增强光刻胶层与硅片表面的黏附性。SiOz表面是亲水性的，光刻

胶是疏水性的，含水的Si①会使光刻胶的附着能力降低。这样会使形成的光刻胶图形出

现整体或局部与SiOz表面脱离的现象。

②涂光刻胶：

涂胶就是在二氧化硅或其它薄膜表面，涂上一层粘附良好，厚度适当、均匀的光刻胶膜

的过程。

普通的光刻胶涂胶方法有三种：刷法、旋转方法和浸泡法。

IC封装用光刻胶的涂布方法如下：静态涂胶工艺、动态喷洒、移动手臂喷洒、手动旋

转器、自动旋转器、背面涂胶。

本实验采用旋转法。其原理：利用转动时产生的离心力，将滴于片子上多余的胶液甩掉，

在光刻胶表面张力和旋转离心力的共同作用下，展成厚度均匀的胶膜。胶膜厚度由转速和胶

的浓度来调节。

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图3.2涂胶工艺示意图

方法：

a、静态涂胶（Static）o硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原

光刻胶的溶剂约占65〜85斩旋涂后约占10-20%）：

b、动态涂胶（Dynamic）。低速旋转（500rpm_rotationperminute）、滴胶、

加速旋转（3000rpm）、甩胶、挥发溶剂。

决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：

•光刻胶的黏度：黏度越低，光刻胶的厚度越薄；

•旋转速度：速度越快，厚度越薄。

影响光刻胶均匀性的参数：

•旋转加速度：加速越快越均匀：

•旋转加速的时间点芍关。

涂敷胶膜的厚度要适当，膜层均匀，粘附良好。胶膜太薄，针孔多，抗蚀能力差；胶膜

太厚，分辨率低。实践证明，在一般情况下，分辨率约为膜厚的5~8倍。

③前烘（软烘焙）

在一定温度下，使胶膜里面的溶剂充分、缓慢的逸出，让胶膜干燥，增加它的粘附性和

耐磨性。

前烘的温度和时间随胶的种类及膜厚的不同而有所区别。因此，某一光刻胶的前烘温度

和时间是由实验来确定的。

前烘的温度和时间必须合适:

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•烘焙不足(温度太低或时间太短)一显影时易浮胶，图形易变形。

•烘焙时间过长一增胭剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显不出图形。

•烘焙温度过高一感光剂反应(胶膜硬化)，不易溶于显影液，导致显影不干净。

常用的前烘加热方式如下：对流烘箱、手工热板、内置式单片晶圆加热板、移动带式热

板、移动带式红外烘箱、微波烘焙、真空烘焙。

④对准和曝光：

曝光是利用感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的不同溶解度，进行掩模图形的转移。

对准方法：

a、预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自幼对准；

b、通过对准标志(AlignMark),位于切割槽(ScribeLine)上。另外层间对准，即套

刻精度(Overlay),保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。

对准系统的性能表现：对准系统包含两个主要子系统、一个是要把图形在晶圆表而上准

备定位，要求掩模的图形和碎片上的图形精确套合：另一个是曝光子系统，包括一个曝光光

源和一个将辐射光线导向晶圆表面上的机械装置：

i)曝光光源：高压汞灯、准分子激光器、X射线及电子束；

ii)曝光方法：

a、接触式曝光(ContactPriming)。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩

膜板上的图形分辨率相当，设备简单。缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，寿命很低

(只能使用5〜25次);1970前使用,分辨率)0.5gmo

b、接近式曝光(ProximilyPrinHng)。掩膜板与光刻胶层的略微分开，大约为10〜50Hm。

可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应，降低了分辨率。

1970后适用，但是其最大分辨率仅为2〜qim.

c、投影式曝光(ProjectionPrinting)。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。

一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加

容易；掩膜板上的缺陷影响减小。

投影式曝光分类：

■扫描投影曝光(ScanningProjcciPriming)。70年代末〜80年代初，)1pm工艺；掩

膜板1：1，全尺寸；

■步进重复投影曝光(Slcpping-rcpcaiingProjectPrinting或称作Stepper)o80年代末~

90年代，0.35pm(Hine)〜0.25pm(DUV)。掩膜板缩小比例(4：I),曝光区域

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（ExposureField）22x22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作

难度。

■扫描步进投影曝光（Scanning-SleppingProjectPrinting）o90年代末〜至今，用于

00.18pm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光区域（ExposureField）

26x33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿：提高整

个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加/机械系统的精度要求。

通常采用紫外光接触曝光。曝光时，曝光量的选择决定于光刻胶的吸收光谱、配比、胶

膜的厚度、光源的光谱成分等。最佳曝光量的确定，还要考虑衬底的光反射特性及强度。实

际生产中，以曝光时间来控制曝光量，并通过反复实验来确定最佳曝光时间。

iii）影响曝光分辨率的主要因素：

a.光刻掩模版与光刻胶膜的接触情况：硅片弯曲，其表面有凸状物或灰尘，光刻胶膜厚

度不均匀，定位不准，都会使分辨率下降：

b.曝光光线的平行度：曝光光线应与掩模版和胶膜表而垂直，否则会使光刻图形变形或

图形模糊：

c.光的衍射和反射效应；

d.光刻胶膜的质量和厚度：由于光线在胶膜中会遭到散射，产生侧向光化学反应，形成

图形边缘的过渡区。因此，胶膜越厚，光刻胶中固态微粒含量越高，散射越强，分辨率越低；

c.曝光时间：曝光时间长，受光的衍射、反射和散射影响，分辨率会降低；曝光时间短，

光反应不充分，显影时只有部分胶被溶解•，抗蚀能力降低或会出现针孔；

f.掩模版的分辨率和质量,

除上述因素，分辨率还与显影、腐蚀及光刻胶的性能等有关。它是各有关因素综合作用

的结果。

⑤显影：

通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影，显影技术被设计成使之把完全一样的掩

膜版图案复制到光刻胶上。

负光刻胶显影：二甲茶或sioddart溶剂显影，n-丁基醋酸盐冲洗：

正光刻胶显影：碱（氢氧化钠或氢氧化钾）+水溶液、或叠氮化四甲基铉氢氧化物的溶

液（TMAH）。

影响显影效果的主要因素：

i）曝光时间;

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ii）前烘的温度与时间；

iii）胶膜的厚度：

iv）显影液的浓度：

v）显影液的温度；

显影液的选择：曝光区与非曝光区的光刻胶的溶解速度反差要大，毒性要小。

显影时间适当：

>t太短：显影不足，图形边缘产生过渡区，会降低分辨率；也可能留下光刻胶薄层

造成腐蚀不彻底，产生花斑状的氧化层“小岛”。

>t太长：光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶

⑥坚膜（硬烘焙）：

与前烘一样通过溶液的蒸发来固化光刻胶，使软化、膨胀的胶膜与硅片粘附更牢：增加

股膜的抗蚀能力

温度与时间要合适：

i）温度太低，时间过短：坚膜不足，腐蚀时易浮胶，易侧蚀：

ii）温度太高，时间过长：坚膜过度，胶膜热膨胀一翘曲、剥落〜腐蚀时易浮胶或钻蚀。

若T>300℃：光刻胶分解，失去抗蚀能力。

⑦显影检验（developinspectDI）：

目的是区分那些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆、亮供工艺性能和工艺控制数

据、以及分拣出需要重做的晶圆：

i.晶圆被返回掩膜工艺称为重新工艺处理（rework或redo）<10%5机匕较理想

ii.检验方法：人工检验（1倍检验）、显微镜检验（随机抽样randomsampling）>关

键尺寸（CriticalDimensior,CD）、自动检验

iii.显影检验拒收的原因：检验遵循“首先-不足"（first-failbasis）原理

碎晶圆、划伤、污染、小孔、MA、桥接、不完全显影、光刻胶翅起、曝光不足、无光刻胶、

光刻胶流动、不正确的掩膜版、CD……

⑧腐蚀：

主要有湿法腐蚀和干法刻蚀,两种方法的主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移

1()

到晶圆的表面。它是影响光刻精度的重要环在。

对腐蚀液(气体)的要求：只对需要腐蚀的物质进行腐但，对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐

蚀很小，同时毒性要小。

湿法腐蚀：

i)硅湿法腐蚀：硝酸加氢氨酸的混合水溶液，醋酸等可用来控制放热反应。

ii)SiCh湿法腐蚀：基本的腐蚀剂是氢氟酸(HF),实际中用49%的氢氟酸与水或40%

氟化胺混合，氟化胺能降低加速刻蚀速率的氢离子的产生，使HF和SiO?的反应速度减弱，

氟化胺乂称为缓冲液或BOEo

影响腐蚀质量的因素：

粘附性：光刻胶与SiO?表面粘附良好是保证腐蚀质量的重要条件：

SiCh的性质：不同方法生长的Si。?，具有不同的腐蚀特性。例如湿氧氧化的SiCh腐蚀

速度大于干氧氧化的：

S02中的杂质：实践证明，SiCh层中的杂质和含量，会造成腐蚀速度的差异。如硼硅

玻璃，在HF缓冲剂腐蚀液中很难溶解，磷硅玻璃与光刻胶粘附性差，不耐腐饨，易出现钻

蚀和脱胶现象；

腐蚀温度：温度越高，腐蚀速度越大。腐蚀SiO?的温度，一般在30~40c范围。温度

不宜过高或过低。温度过高，腐蚀速度过快，不易控制，产生估蚀；温度过低，腐蚀速度太

慢，胶膜长期浸泡，易产生浮胶；

腐蚀时间：它取决于腐蚀速度和氧化层的厚度。腐蚀时间太短，氧化层未腐蚀干净，影

响扩散效果或导致电极接触不良：腐蚀时间过长，会造成边缘侧向腐蚀严重，使分辨率降低，

图形变坏，尤其是光刻胶膜的边缘存在过渡区时，更易促成侧独的进行。

iii)SisN4湿法腐蚀：Si3g的化学性质比较稳定，氢藏酸对它腐蚀很慢。

对于生长温度较低(700-800C)或厚度较薄(700-800A)的Si3N4,采用方法与刻蚀

SiCh相同;

若此法不行，可采用SiO2作掩模的间接光刻方法。即在S02膜上刻蚀出需要的图形后，

再放入180C热磷酸溶液中继续刻蚀图形窗口内的Si3N4,磷酸对Si3bh的腐蚀速度约为100

A/min,对SiCh的腐蚀速度约为10人/min,腐蚀速度不同，SiO?能起到掩蔽的作用。

此外可采用阳极氧化刻蚀法，即首先将要去除的SLNJ腴用阳极氧化法转变成SiCh，再

用氢氟酸漂洗除净。

iv)铝膜湿法腐蚀：目前常用腐蚀液有磷酸和高钵酸钾腐蚀液等。

a.对于磷酸，是利用与我反应能生成可溶于水的酸式磷酸铝：

II

2A1+6H3Po4=2A1（H2Po4）3+3也，达到腐蚀铝膜的目的。由于反应激烈，会有气泡不断冒出。

解决办法：

对于铝和铝合金，可采用基于磷酸的（含有磷酸、硝酸、醋酸、水和湿化代理物16：

1：1：2）,可有效消除气泡现象；也可在腐蚀液中加入少量无水乙醉或采用超声腐蚀。腐

蚀温度为70-90℃（常用SOOo

注意：磷酸使用一段时间后，酸度下降，与铝可能生成难溶的磷酸铝白色沉淀，它堆积在

铝膜表面，对腐蚀不利，因此必须定期更换新的磷酸。

b.高锌酸钾腐蚀液配方：KMnCh：NaOH:H2O=6（克）:10（克）:90（亳升）。

反应式：A1+KMnO4=KAIO2+MnO2腐蚀温度：40-50C,时间约为数秒钟。

注意：高镭酸钾是强氧化剂，若腐蚀不够，易使腐蚀液中的二氧化钵淀积在铝表面上，妨

碍铝的腐蚀，造成铝连条。

v）小尺寸湿法刻蚀的局限：

湿法刻蚀局限于3微米以上的图案尺寸：

湿法刻蚀为各向同性刻蚀导致边侧形成斜坡：

湿法刻蚀工艺要求冲洗和I二燥步骤：

液体化学品有毒害：

湿法工艺具有潜在的污染;。

干法刻蚀（dryetching）：等离子体、离子束打磨（刻蚀）和反应离子刻蚀（RIE）。

由于湿式化学腐蚀的侧向钻蚀严重，腐蚀特性受温度和材料性质影响大，不易控制，不

能满足刻蚀精细图形的需要。而干法刻蚀能较好解决此问题。

i）等离子体刻蚀；

选择性是等离子体刻蚀T艺的一个主要的考虑事项，用于控制选择性的4种方法是刻蚀

气体配比的选择、刻蚀率、接近工艺结束时的气体稀释来减缓对卜层的刻蚀、在系统中使用

结束点探测器，其他关注的问题还有：污染、残余物、腐蚀等：

ii）离子束刻蚀：离子束刻蚀是一个物理工艺，动力传输（momenlumtransfer）、喷溅刻

蚀（sputteretching）或离子打磨（ionmilling）；材料的去除具有方向性（各向异性）,导致

良好的小开口区域的精密度，因为是物理工艺，离子打磨的选择性差：

Hi）反应离子刻蚀（R1E）：结合了的二者的优点，一个主要优点是能刻蚀硅层上的二氧

化硅层，RIE系统已成为用于最先进生产线中的刻蚀系统；

iv）干法刻蚀中光刻胶的影响：残余的氧气会刻蚀光刻胶层、温度过高会使光刻股被烘

焙、再一个利温度相关的问题是光刻胶的流动倾向而使图案变形、边侧聚合物沉积变成金属

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氧化物而难以去除；

⑨光刻胶的去除：

光刻胶去除剂被分成综合去除剂和专用于正胶及负胶的去除剂，它们也根据晶圆表层类

型被分成有金属的和无金属的去除剂；

■无金属表面的湿法去除：硫酸和氧化剂溶液（过氧化氢或过硫酸盐胺）、硝酸做氧化剂;

■有金属表面的湿法化学去除：酚有机去除剂、溶液/胺去除剂、特殊湿法去除剂；

■干法去胶：等离子场把氧气激发到高能状态，因而将光刻胶成分氧化为气体由真空泵

从反应室吸走；

■离子注入后和等离子去胶：一般地用干法工艺来去除或减少光刻胶，然后加以湿法工

艺；

⑩最终目检：与显影检测是一样的规程，只是大多数的拒收是无法挽回的，在显影目检中

应已被区分并从批料中拿出的晶圆叫做“显影目检漏掉”（developinspectescapes）0

3.光刻版制作

主要步骤：玻璃/石英板的形成一沉积锚涂层一光刻胶涂层一涂层曝光一图案显影一图案刻

蚀一光刻胶去除

_L艺流程：电路平面设计一数字化一流程A+激光电子束直接写入流程B和流程C；

流程A:图案产生-掩膜版-母版处理-接触印刷附属版-工作版处理-晶圆曝光（接触/接近/投

射）；

流程B:光刻版-光刻版处理-晶圆曝光（stepper）；

流程C:母版-掩膜版处理-晶圆曝光（接近/投射）。

4.光刻缺陷

平面晶体管和集成电路制造中要进行多次光刻，而光刻工艺的质量不仅影响器件特性而

且对器件的成品率和可靠性也有很大影响.半导体器件生产对光刻质量的要求是：刻蚀图形

完整、尺寸准确、边缘整齐；图形外氧化层上没有针孔，图形内没有残留的被腐蚀物质；同时

要求套合准确，无沾污等.但在光刻过程中常会出现浮胶、毛刺,钻蚀、针孔和小岛等缺陷.

本结讨论这些缺陷产生的原因及其对器件特性的影响.

1）浮胶

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浮股就是在显影或腐蚀过程中，由于化学试剂不断侵入光刻胶膜与SiO?或其他薄膜间

的界而，引起抗蚀剂胶膜皱起或剥落的现象。光刻时产生浮胶，将严重影响光刻图形的质量，

甚至造成整批硅片的报废。产生浮胶的原因往往和胶膜与衬底的粘附性有密切关系。

(a)显影时产生的原因

①涂胶前硅片表面不清洁，沾有油污或水汽，使胶膜表面间沾污不良。

②光刻配制有误或胶液陈日变质，胶的光化学反应性能不好，与硅片表面粘附能力差。

③前烘时间不足或过度。

④曝光不足，光化学反应不彻底，部分胶膜容于显影液中，引起浮胶。

⑤显影时间过长。

(b)腐蚀时产生浮胶的原因

①坚膜不足，胶膜没有烘透，沾附性差，在腐蚀液作用卜.引起浮胶。

②腐蚀液配比不当。如腐蚀的氢氟酸缓冲腐蚀液中氢化筱太少，腐蚀液活泼性太强。

③腐蚀温度太高或太低。温度太低，腐蚀时间太长，腐蚀液穿透或从胶膜底部渗入，引

起浮胶，温府太高，则腐饨液活泼性强，也可能产生浮胶。

此外，显影时产生浮胶的因素也可能造成腐蚀时浮胶。腐但时浮胶会使掩蔽区的氧化层

受到严重破坏。在光刻时必也加以注意。

2)毛刺和钻蚀

腐蚀时，如果腐蚀液渗入光刻胶膜的边缘，使图形边缘受到腐蚀，从而破坏掩蔽扩散的

氧化层或指条的完整性。若渗透腐蚀较轻，图形边缘出现针状的局部破坏，习惯上称为毛刺。

若图形边缘腐蚀严重，出现锯齿状或花斑状的破坏，称为钻蚀。当SiO?掩蔽膜窗口存在毛

刺和钻蚀时，会引起侧面扩散站特性变坏，影响器件的成品率和可靠性。

产生毛刺或钻蚀的原因右.：

①基片表面不清洁，存在油污，灰尘或水汽，使光刻胶和氧化层粘附不良，引起毛刺或

局部钻蚀。

②氧化层表面存在磷硅玻璃，特别是磷的浓度较大时，表面与光刻胶粘附性不好，耐腐

蚀性能差，容易造成钻蚀。

③光刻胶中存在颗粒状物质，造成局部粘附不良。

④对于光聚合型光刻股，暴光不足，显影时产生钻溶，腐蚀时造成毛刺或钻蚀。

⑤显影时过长，图形边缘发