光刻工艺(59页).ppt

1、1,半导体工艺基础,重庆邮电大学 微电子系,2,3,4,光刻,光刻工艺、光刻技术、刻蚀在半导体制造技术中，最为关键的是用于电路图形生成和复制的光刻技术，光刻技术的研究和开发，在每一代集成电路技术的更新中扮演着技术先导的作用。随着集成电路的不断提高，光刻技术也面临着越来越多的难题。,5,IC对光刻技术的要求,高分辨率；高灵敏度的光刻胶；低缺陷；精密的套刻精度：误差 10%L；可对大尺寸硅片进行光刻加工；,6,第9章 光刻工艺,光刻（photolithography）就是将掩膜版（光刻版）上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感的薄膜材料（光刻胶）上去的工艺工程。,7,第9章 光刻工艺

2、,9.1 概述9.2 基本光刻工艺流程9.3 光刻技术中的常见问题,8,9.1 概述,光刻(photolithography)就是将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜材料（光刻胶）上去的工艺过程。光刻是微电子工艺中最重要的单项工艺之一。用光刻图形来确定分立元器件和集成电路中的各个区域、如注入区、接触窗口和压焊区等。,9,用光刻工艺确定的光刻胶图并不是最后器件的构成部分，仅是图形的印模，为了制备出实际器件的结构图形，还必须再一次把光刻胶图形转移到光刻胶下面组成器件的材料层上。也就是使用能够对非掩膜部分进行选择性去除的刻蚀工艺来实现图形的转移。光刻工艺的目标是

3、根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在衬底表面的位置正确且与其他部件的关联正确。,10,完整的集成电路工艺中通常需要多次光刻才能完成。光刻系统的主要指标包括：-分辨率、-焦深、-对比度、-特征线宽控制、-对准和套刻精度、-产率以及价格。,10,9.1.1 分辨率 R,分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。微图形加工的最小分辨率是指光刻系统所能分辨和加工的最小线条尺寸或机器能充分打印出的区域。分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线宽越小，分辨率越高。其由瑞利定律决定：,分辨率系数k1=0.60.8数值孔径NA=0.160.8,提高分辨率：NA，k1,10,使用光源缩小 l,

4、光源,10,光刻分辨率,分辨率R=1/2L(mm-1)；直接用线宽L表示存在物理极限，由衍射决定：L/2,Rmax 1/,光刻分辨率是指光刻工艺得到的光刻胶图形能分辨线条的最小线宽L，也可以用单位尺寸的线条数表示。光刻分辨率是决定芯片最小特征尺寸的最主要因素。,10,9.1.3 焦深（DOF）,表示在一定的工艺条件下，能刻出最小线宽的像面偏离理想焦面的范围。焦深远大，对光刻图形的制作越有利。,NA，焦深,10,10,焦深,焦平面,光刻胶,IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小,10,对比度（CON）,对比度：评价成像图形质量的重要指标。对比度越高，光刻出来的微细图形越好。,10,10,对比度,一

5、般要求MTF0.5与尺寸有关,10,对比度,尺寸控制的要求以高准度和高精度在完整硅片表面产生器件特征尺寸。首先要在图形转移工具（光刻掩膜版）上正确的再造出特征尺寸，然后再准确地在硅片表面刻印出来。由于光刻应用的特征尺寸非常小，且各层都须精确匹配，所以需要配合紧密。图形套准精度是衡量被刻印的图形能否匹配前面刻印图形的一种尺度。,10,9.2 基本光刻工艺流程,一般的光刻工艺要经历底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶、检验工序。,10,10,9.2.1 底膜处理,底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目的是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底与光刻胶之间的黏附性。底膜处理包括以下过程：1、清

6、洗；2、烘干；3、增粘处理（涂底）。,10,9.2.2 涂胶,在硅片表面涂敷的光刻胶应厚度均匀、附着性强、没有缺陷。在涂胶之前，硅片一般需要经过脱水烘焙，或涂敷能增加光刻胶与硅片表面附着能力的化合物。六甲基乙硅氮烷(HMDS),10,10,涂胶工艺示意图,30006000 rpm，0.51 mm,10,涂胶厚度主要由光刻胶粘度和转速决定,10,涂胶步骤：,将光刻胶溶液喷射到硅片表面上；加速旋转托盘；达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转。甩胶：？,10,9.2.3 前烘,液态光刻胶中，溶剂的成份占65-85。经过甩胶之后，虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄膜，但仍含有10-30的溶剂，容易玷污灰尘，通过在较高温度下进行烘焙，可以使溶剂从光刻胶内挥发出来。前烘方法：热平板传导；红外线辐射；干燥循环热风。,1030 min，80110 C,10,10,10,9.2.4 曝光,曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。,10,简单的光学系统曝光图,10,曝光光源的选择：紫外光用于光刻胶