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2018-11-06 0人钱柜777手机版登陆 0 0 0 暂无简介 举报

简介:本文档为《光刻技术 PPT课件ppt》,可适用于高等教育领域

光刻技术光刻工艺光刻技术刻蚀技术目的光刻系统的主要指标基本光刻工艺流程光刻技术中的常见问题光刻掩模板的制造曝光技术光刻设备湿法腐蚀和干法刻蚀的原理①高分辨率。通常把线宽作为光刻水平的标志线宽越来越细要求光刻具有高分辨率。②高灵敏度的光刻胶。光刻胶的灵敏度通常是指光刻胶的感光速度。光刻胶灵敏度提高曝光时间短但往往使光刻胶的其他属性变差。③低缺陷。在集成电路芯片的加工进程中如果在器件上产生一个缺陷即使缺陷的尺寸小于图形的线宽也可能会使整个芯片失效。④精密的套刻对准。集成电路芯片的制造需要经过多次光刻在各次曝光图形之间要相互套准。通常要采用自动套刻对准技术。误差leplusmnL⑤对大尺寸硅片的加工。为了提高经济效益和硅片利用率一般在一个大尺寸硅片上同时制作很多个完全相同的芯片。对于光刻而言在大尺寸硅片上满足前述的要求难度更大。IC对光刻技术的基本要求概述光刻(photolithography)是在光的作用下使图像从母版向另一种介质转移的过程。母版就是光刻版是一种由透光区和不透光区组成的玻璃版。即将掩模版(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。光刻工艺就是利用光敏的抗蚀涂层发生光化学反应按照确定的版图图形结合刻蚀方法在各种薄膜上(如SiO等绝缘膜和各种金属膜)制备出合乎要求的电路图形包括形成金属电极和布线、表面钝化以及实现选择性掺杂。由于集成电路有一定的空间结构需多次使用光刻每块集成电路一般要进行~次光刻所以氧化工艺与光刻工艺的结合构成了整个平面工艺的基础。光刻是集成电路工艺中的关键性技术。在硅片表面涂上光刻胶薄层通过掩模版对光刻胶辐照使某些区域的光刻胶感光利用光刻胶感光部分与未感光部分在显影液中的溶解速度相差非常大的特性经过显影就可以在光刻胶上留下掩模版的图形。在集成电路制造中利用这层剩余的光刻胶图形作为保护膜可以对硅表面选定区域进行刻蚀或进行离子注入形成器件和电路结构或者对未保护区进行掺杂。随着集成电路的集成度不断提高器件的特征尺寸不断减小期望进一步缩小光刻图形的尺寸。目前已经开始采用线宽为mum的加工技术。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。光刻系统的主要指标包括:*分辨率分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。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。其由瑞利衍射定律决定:k=~NA=~提高分辨率:NAk:曝光光源的波长NA:曝光镜头的数值孔径K:比例系数*分辨率、利用光源缩小l光源*分辨率、使用光源缩小l*分辨率、减小分辨率因子kPatterndependentkcanbereducedbyupto*分辨率、减小分辨率因子kContrast,nm:=,(QfQ),nm:=(QfQ)Maskdesignandresistprocesslnmk*分辨率、增加NA浸入式光刻NA=nsinanHO=NAasympLensfabricationlnmNA*光刻分辨率分辨率R=L(mm)直接用线宽L表示存在物理极限由衍射决定:Lgelambda,Rmaxlelambda即每mm中包含的间距与宽度相等的线条数目。因光的波动性而产生的衍射效应限定了线宽KrF激光光源可产生um常用光源波长nm最佳线宽um*物理极限由量子理论的海森堡不确定关系式也得出其他离子束光刻极限:DeltaLmiddotDeltapgehp=mvE=mvhlambda=radicmEDeltaLgehradicmE粒子质量愈大DeltaL愈小分辨率愈高动能愈高DeltaL愈小分辨率愈高。*焦深为轴上光线到极限聚焦位置的光程差。根据瑞利判据:很小时NA焦深焦深*焦深焦深焦平面光刻胶IC技术中焦深只有mm甚至更小*对比度调制传递函数MTF--对比度*对比度一般要求MTF与尺寸有关聚光透镜光圈投影透镜镜片光刻胶*对比度横坐标:归一化的空间频率线条数mm截止频率空间频率=(W),W是等宽光栅的线条宽度W即Pitch按照瑞利判据归一化即=R=NA(截止频率)*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。*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:、清洗、烘干、增粘处理。涂胶在集成电路工艺中光刻胶层的作用是在刻蚀(腐蚀)或离子注入过程中保护被光刻胶覆盖的材料。因此光刻胶层与硅片表面之间需要牢固地黏附。涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。在涂胶之前硅片一般需要经过脱水烘焙并且涂上用来增加光刻胶与硅片表面附着能力的化合物。以光刻胶在SiO表面的附着情况为例由于SiO的表面是亲水性的而光刻胶是疏水性的SiO表面可以从空气中吸附水分子含水的SiO会使光刻胶的附着能力降低。因此在涂胶之前需要预先对硅片进行脱水处理称为脱水烘焙。①在℃释放硅片表面吸附的水分子②在℃左右使硅片上含水化合物脱水③进行℃以上的脱水。脱水烘焙在涂胶之前还应在Si片表面上涂上一层化合物其目的也是为了增强光刻胶与硅片之间的附着力。目前应用比较多的是六甲基乙硅氮烷(简称HMDS)。在实际应用中HMDS的涂布都是以气相的方式进行的HMDS以气态的形式输入到放有硅片的容器中然后在硅片的表面完成涂布。还可以将脱水烘焙与HMDS的气相涂布结合起来进行。硅片首先在容器里经过℃的脱水烘焙然后直接进行气相涂布。由于避免了与大气的接触硅片吸附水分子的机会将会降低涂布HMDS的效果将会更加理想。涂布HMDS涂胶工艺一般包括三个步骤:①将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上②加速旋转托盘(硅片)直至达到需要的旋转速度③达到所需的旋转速度后保持一定时间的旋转。涂胶把硅片放在一个平整的金属托盘上有小孔与真空管相连硅片就被吸在托盘上硅片与托盘一起旋转。~rmin~rmins~min光刻胶的膜厚与光刻胶本身的黏性有关对于同样的光刻胶光刻胶的膜厚由旋转速度决定转动速度越快光刻胶层的厚度越薄光刻胶的均匀性也越好。涂胶的过程应始终在超净环境中进行。同时喷洒的光刻胶溶液中不能含有空气因为气泡的作用与微粒相似都会在光刻工艺中引起缺陷。光刻胶的膜厚涂胶:采用旋转涂胶工艺前烘在液态的光刻胶中溶剂的成份占%%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%%的溶剂涂胶以后的硅片需要在一定的温度下进行烘烤使溶剂从光刻胶内挥发出来这一步骤称为前烘。(前烘后光刻胶中溶剂含量降至到%左右)在前烘过程中由于溶剂的挥发光刻胶的厚度也会减薄一般减小的幅度为%%左右。降低灰尘的玷污减轻因高速旋转形成的薄膜应力从而提高光刻胶的附着性。光刻胶的显影速度受光刻胶中溶剂含量的影响。如果光刻胶没有经过前烘处理对于正胶来说非曝光区的光刻胶由于溶剂的含量比较高在显影液中也会溶解变簿从而使光刻胶的保护能力下降。前烘的作用前烘的温度和时间需要严格地控制。前烘的温度太低或时间太短光刻胶层与硅片表面的黏附性变差由于光刻胶中溶剂的含量过高曝光的精确度也会变差太高的溶剂浓度使显影液对曝光区和非曝光区光刻胶的选择性下降导致图形转移效果不好。前烘温度太高光刻胶层的黏附性也会因为光刻胶变脆而降低过高的烘焙温度会使光刻胶中的感光剂发生反应使光刻胶在曝光时的敏感度变差。前烘的温度和时间~min~C前烘通常采用干燥循环热风、红外线辐射以及热平板传导等热处理方式。在ULSI工艺中常用的前烘方法是真空热平板烘烤。真空热平板烘烤可以方便地控制温度同时还可以保证均匀加热。在热平板烘烤中热量由硅片的背面传入因此光刻胶内部的溶剂将向表面移动而离开光刻胶。如果处于光刻胶表面的溶剂的挥发速度比光刻胶内部溶剂的挥发速度快当表面的光刻胶已经固化时再继续进行烘焙光刻胶表面将会变得粗糙使用平板烘烤就可以解决这个问题。前烘的加热方式*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。*简单的光学系统曝光图显影显影后所留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入工艺中做为掩膜因此显影也是一步重要工艺。严格地说在显影时曝光区与非曝光区的光刻胶都有不同程度的溶解。曝光区与非曝光区的光刻胶的溶解速度反差越大显影后得到的图形对比度越高。影响显影效果的主要因素包括:①曝光时间②前烘的温度和时间③光刻胶的膜厚④显影液的浓度⑤显影液的温度⑥显影液的搅动情况等。以正胶为例在显影过程中曝光区的光刻胶在显影液中溶解非曝光区的光刻胶则不会溶解。曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形显影后便显现出来这一步骤称为显影。显影的方式有许多种目前广泛使用的是喷洒方法。可分为三个阶段:①硅片被置于旋转台上并且在硅片表面上喷洒显影液②然后硅片将在静止的状态下进行显影③显影完成之后需要经过漂洗之后再烘干。喷洒方法的优点在于它可以满足工艺流水线的要求。显影之后一般要通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)或者激光系统来检查图形的尺寸是否满足要求。如果不能满足要求可以返工。因为经过显影之后只是在光刻胶上形成了图形只需去掉光刻胶就可以重新进行上述各步工艺。显影方式与检测*坚膜坚膜也叫后烘主要作用是除去光刻胶中剩余的溶剂增强光刻胶对硅片表面的附着力同时提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度较高的坚膜温度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少但增加了去胶时的困难。且光刻胶内部拉伸应力的增加会使光刻胶的附着性下降因此必须适当的控制坚膜温度。~min~C坚膜的温度和时间要合适。若温度太低时间过短抗蚀剂胶膜没有烘透胶膜就不坚固腐蚀时易脱胶若温度过高时间过长则抗蚀剂胶膜因热膨胀而翘曲和剥落腐蚀时也容易产生钻蚀或脱胶还可能引起聚合物分解产生低分子化合物影响粘附性能削弱抗蚀能力。此外坚膜时最好采用缓慢升温和自然冷却降温的方式以及从背面烘烤的办法。腐蚀腐蚀就是用适当的腐蚀剂对未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他性质的薄膜进行腐蚀按照光刻胶膜上已经显示出来的图形进行完整、清晰、准确的腐蚀达到选择性扩散或金属布线的目的。它是影响光刻精度的重要环节。对腐蚀剂的要求有:()只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。()对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。()腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为:当腐蚀线条时腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明横向腐蚀速度小腐蚀效果好常用来衡量腐蚀的质量。()腐蚀液毒性小使用方便腐蚀图形边缘整齐、清晰。去胶去胶是常规光刻工艺的最后一道工序简单地讲是使用特定的方法将经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。在集成电路工艺中去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶在湿法去胶中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中(丙酮和芳香族的有机溶剂)从而达到去胶的目的。无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如HSO和HO等)将光刻胶中的碳元素氧化成为二氧化碳把光刻胶从硅片的表面上除去。HSOHO胶rarrCOCOHOO胶rarrCOCOHO干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。光刻胶通过在氧等离子体中发生化学反应生成气态的COCO和HO由真空系统抽走。相对于湿法去胶干法去胶的效果更好但是干法去胶存在反应残留物的玷污问题因此干法去胶与湿法去胶经常搭配进行。第四单元光刻技术*最终检验在基本的光刻工艺过程中最终步骤是检验。衬底在入射白光或紫外光下首先接受表面目检以检查污点和大的微粒污染。之后是显微镜检验或自动检验来检验缺陷和图案变形。在光刻的过程中通常包括三个主要步骤:曝光、显影、刻蚀(或淀积)。*光刻技术中的常见问题半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有如下要求:一是刻蚀的图形完整尺寸准确边缘整齐陡直二是图形内没有针孔三是图形外没有残留的被腐蚀物质。同时要求图形套刻准确无污染等等。但在光刻过程中常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。浮胶就是在显影和腐蚀过程中由于化学试剂不断侵入光刻胶膜与SiO或其它薄膜间的界面所引起的光刻胶图形胶膜皱起或剥落的现象。腐蚀时如果腐蚀液渗透光刻胶膜的边缘会使图形边缘受到腐蚀从而破坏掩蔽扩散的氧化层或铝条的完整性。若渗透腐蚀较轻图形边缘出现针状的局部破坏习惯上就称为毛刺若腐蚀严重图形边缘出现ldquo锯齿状rdquo或ldquo绣花球rdquo样的破坏就称它为钻蚀。当SiO等掩蔽膜窗口存在毛刺和钻蚀时扩散后结面就很不平整影响结特性甚至造成短路。同时光刻的分辨率和器件的稳定性、可靠性也会变坏。在氧化层上除了需要刻蚀的窗口外在其它区域也可能产生大小一般在~微米的细小孔洞。这些孔洞在光刻工艺中称为针孔。针孔的存在将使氧化层不能有效地起到掩蔽的作用。在器件生产中尤其在集成电路和大功率器件生产中针孔是影响成品率的主要因素之一。小岛是指在应该将氧化层刻蚀干净的扩散窗口内还留有没有刻蚀干净的氧化层局部区域它的形状不规则很象ldquo岛屿rdquo尺寸一般比针孔大些习惯上称这些氧化层ldquo岛屿rdquo为小岛。小岛的存在使扩散区域的某些局部点因杂质扩散受到阻碍而形成异常区。它使器件击穿特性变坏漏电流增大甚至极间穿通。光刻胶与掩膜版光刻三要素:光刻胶、掩膜版和光刻机一、光刻胶光刻胶又叫光致抗蚀剂它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后导致其化学结构发生变化使光刻胶在某种特定显影溶液中的溶解特性改变显影液硅片光刻胶二氧化硅膜曝光后的光刻胶第四单元光刻技术*按曝光区在显影中被去除或保留来划分:正(性)胶负(性)胶按其用途划分:光学光刻胶电子抗蚀剂X射线抗蚀剂分类曝光前不可溶,曝光后可溶曝光前可溶,曝光后不可溶第四单元光刻技术*光刻胶的特征量响应波长灵敏度又称光敏度指最小曝光剂量E抗蚀性指耐酸、碱能力粘滞性指流动特性的定量指标粘附性指与硅、二氧化硅表面结合力的大小光刻胶的膨胀微粒数量和金属含量储存寿命*光学光刻胶正胶和负胶进行图形转移示意图*、正胶当前常用正胶为DQN组成为光敏剂重氮醌(DQ)碱溶性的酚醛树脂(N)和溶剂二甲苯等。响应波长nm胶膜厚mum显影液是氢氧化钠等碱性物质。*DQN显影原理曝光的重氮醌退化易溶于显影液未曝光的重氮醌和树脂构成的胶膜难溶于碱性显影液。光刻胶曝光、水解和显影过程中的化学反应方程*、负胶负胶多由长链高分子有机物组成。如由顺聚异戊二烯和对辐照敏感的交联剂以及溶剂组成得负胶响应波长nm胶膜厚度mum显影液二甲苯等。*顺聚异戊二烯负胶显影原理曝光的顺聚异戊二烯在交联剂作用下交联成为体型高分子并固化不再溶于有机溶剂构成的显影液而未曝光的长链高分子溶于显影液显影时被去掉。*正、负胶比较正胶显影容易图形边缘齐无溶涨现象光刻的分辨率高去胶也较容易。在超大规模集成电路工艺中一般只采用正胶。负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子在显影时吸收显影液而溶涨另外交联反应是局部的边界不齐所以图形分辨率下降。光刻后硬化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。适于加工线宽gem的线条第四单元光刻技术*其它光刻胶、电子束光刻胶、X射线光刻胶正胶:曝光前不可溶,曝光后可溶负胶:曝光前可溶,曝光后不可溶正胶:分辨率高在超大规模集成电路工艺中一般只采用正胶负胶:分辨率差适于加工线宽gem的线条第四单元光刻技术*光刻掩模版的制造掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定的方法以一定的间距和布局做在基版上供光刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的设备图形发生器会根据该数据完成图形的产生和重复并将版图数据分层转移到各层光刻掩模版(为涂有感光材料的优质玻璃板)上这就是制版。*光刻版*(A)电路图(B)版图掩模版的制备流程()空白版的制备()数据转换()刻画()形成图形()检测与修补()老化与终检掩膜版上的图形①主线路单元②独立测试单元③测试器件单元④工艺检测单元⑤标准定位单元⑥其他单元*掩模板的基本构造及质量要求掩模版的基本构造掩膜版质量的要求()玻璃衬底的选择用于掩膜版制备的玻璃衬底需满足以下几个条件。①热膨胀系数(CTE)要求越小越好对于白玻璃要求letimesK对于硼硅玻璃要求letimesK对于石英玻璃要求letimesK。②透射率在nm以上的波长范围内透射率在以上。③化学稳定性掩模版在使用和储存过程中很难绝对避免与酸、碱、水和其它气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。④选择方法要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀与遮光膜的粘附性好。()掩膜版的质量要求①每个微小图形的图像质量要高图形尺寸要准确尽可能接近设计尺寸的要求间距符合要求而且图形不能发生畸变。②各块掩膜版间要能够精确地套准对准误差尽可能小。③图形边缘清晰过渡小无毛刺。透光区与遮光区的反差要大(即光密度差要大)也就是说透光区要能很好地透光并且对光的吸收要小遮光区要能够很好地阻挡各类光线的通过(包括非曝光光源发射的光)。④掩膜版的表面光洁度要达到一定的要求无划痕、针孔、小岛等缺陷掩膜版还要坚固耐磨、不易变形。*彩色版制备技术彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模因有颜色即俗称彩色版它可克服超微粒干版缺陷多耐磨性差及铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。彩色版种类很多有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化亚铜版等目前应用较广的是氧化铁彩色版。氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的化学和物理特性。据报道在紫外区(~nm)的透射率小于在可见光区(~nm)透射率大于。氧化铁版在使用上还有以下优点:①在观察光源波长下是透明的而在曝光光源波长下是不透明的。由于这一特性掩模对可见光透明而阻挡紫外线通过因而允许在光刻时通过掩模直接观察片子上的图形。②具有较低的反射率在接触曝光时由于掩模与片子之间的多次反射从而降低了铬掩模的有效分辨率由于氧化铁掩模的反射率低与正性胶配合能获得~mum的条宽。因此制得的氧化铁掩模版具有较高的分辨率。③氧化铁版由于是吸收(而不是反射)不需要的光因而克服了光晕效应加强了对反射性衬底的对比度有利于精细线条光刻。④氧化铁结构致密且无定形针孔少。⑤氧化铁是比较耐磨的掩模材料。⑥复印腐蚀特性比较好在一定程度上减少了掩模缺陷。*其它光刻胶、电子束光刻胶、X射线光刻胶*光学分辨率增强技术光学分辨率增强技术包括移相掩模技术(phaseshiftmask)、离轴照明技术(offaxisillumination)、光学邻近效应校正技术(opticalproximitycorrection)、光瞳滤波技术(pupilfilteringtechnology)等。*移相掩模技术移相掩模的基本原理是在光掩模的某些透明图形上增加或减少一个透明的介质层称移相器使光波通过这个介质层后产生deg的位相差与邻近透明区域透过的光波产生干涉抵消图形边缘的光衍射效应从而提高图形曝光分辨率。移相掩模技术被认为是最有希望拓展光学光刻分辨率的技术之一。*移相掩模技术通过移相层后光波与正常光波产生的相位差可用下式表达:式中dmdashmdash移相器厚度nmdashmdash移相器介质的折射率lambdamdashmdash光波波长。*移相掩模技术附加材料造成光学路迳差异达到反相*离轴照明技术离轴照明技术是指在投影光刻机中所有照明掩模的光线都与主光轴方向有一定夹角照明光经过掩模衍射后通过投影光刻物镜成像时仍无光线沿主光轴方向传播。是被认为最有希望拓展光学光刻分辨率的一种技术之一。它能大幅提高投影光学光刻系统的分辨率和增大焦深。离轴照明的种类有:二极照明、四极照明、环形照明等。*离轴照明技术可以减小对分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF*离轴照明技术部分相干照明(sigma)时传统光刻截止分辨率为R传统=lambdaNA(sigma)。离轴照明时所照明光都与主光轴有一定的夹角光经过掩模衍射由投影透镜成像时系统截止频率为式中theta为照明倾斜角。显然离轴照明技术有利:提高分辨率。*离轴照明技术OAI的原理例如:当=NA(+S)时R可以提高倍!*离轴照明技术在投影曝光系统中掩模图形的空间像的对比度(MTF)依赖于投影物镜中参与成像的级以上衍射光的比例。由于收集了较多高频信号离轴照明技术通过降低成像光束中的低频成分来提高高频成分在总光强中的比例从而提高了空间像的对比度。*光学邻近效应校正技术光学邻近效应是指在光刻过程中由于掩模上相邻微细图形的衍射光相互干涉而造成像面光强分布发生改变使曝光得到的图形偏离掩模设计所要求的尺寸和形状。这些畸变将对集成电路的电学性质产生较大的影响。光刻图形的特征尺寸越接近于投影光学光刻系统的极限分辨率时邻近效应就越明显。光学邻近效应校正的种类有:线条偏置法、形状调整法、加衬线法、微型灰度法。*光学邻近效应校正技术OPC实例*光瞳滤波技术光瞳滤波技术就是利用滤波器适当调整投影光学光刻成像系统的光瞳处掩模频谱的零级光与高频光的振幅或相位的关系使高频光部分尽量多的通过减少低频光的通过从而提高光刻图形成像对比度达到提高光刻分辨率和增大焦深的目的。光瞳滤波的种类有:振幅滤波、相位滤波和复合滤波。*光瞳滤波技术光瞳滤波技术需要解决的问题:①不同的掩模图形对应不同的最优滤波器这要求滤波器在光瞳面上易于取放②滤波器在光瞳面内与掩模频谱的精确对准问题③滤波器对强紫外光长时间的吸收和反射引起的热量问题④滤波器的材料和移相器的制造还需作大量研究。*紫外光曝光技术光学相关波长范围参考图纳米(nm)同步辐射X光nm�����激光引发极短紫外光(X光)nmArnmFnmArFnmKrFnmHgArcILinenm汞弧(HgArc)光GLinenm可见光(~nm)硬(Hard)X光(~nm)极短(Extreme)紫外光(~nm)深(Deep)紫外光(~nm)近(Near)紫外光(~nm)软(Soft)X光(~nm)中(Mid)紫外光(~nm)真空紫外光(~nm)*紫外光曝光技术光源:主要是UVDUV水银弧光灯:i线nmh线nmg线nm氙汞灯:nm准分子激光:KrFnmmicrom工艺ArFnm可用于microm的CMOS工艺*紫外光曝光技术:曝光系统或倍缩小曝光系统接触式接近式投影式(步进)*接近式曝光*接近式曝光*投影式曝光*其它曝光技术其它曝光技术的主要有:电子束光刻X射线光刻离子束光刻新技术展望*电子束光刻电子束光刻是采用电子束光刻机进行的光刻有两种方式:一是在一台设备中既发生图形又进行光刻就是直写光刻(不用光刻板的光刻)另一种是两个系统制版和光刻分别进行。电子束光刻已应用于制造高精度掩模版、移相掩膜版和x射线掩模版。*电子束光刻电子抗蚀剂对kV的电子束灵敏有正性抗蚀剂负性抗蚀剂。常用的正性抗蚀剂有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)胶分辨率可达nm。EBR(丙烯酸盐基类)灵敏度比PMMA高倍最小分辨率只有mum。*电子束光刻电子束的散射有前向散射和背散射背散射角大是造成邻近效应的主要原因*X射线光刻以高强度的电子束轰击金属靶材使其发射X射线X射线作为曝光光源lambda在nm。掩膜版:为了X射线能够透过掩膜版很薄对X射线透明的Si、SiN、BN和聚酯薄膜为基片在上面淀积金薄膜以此作为空白版金膜能吸收X射线以电子束制版方法制备掩膜版版。*X射线光刻*X射线光刻在电子抗蚀剂中加入铯、铊等能增加抗蚀剂对X射线的吸收能力可以使之作为X射线抗蚀剂。如PMMA。*X射线光刻同步辐射x射线源是利用高能电子束在磁场中沿曲线轨道运动时发出的。同步辐射方向性强准直性好可以近似看作平行光源。光源的线度尺寸约为mm所以半阴影效应和几何畸变可以忽略。*离子束光刻离子束注入是利用元素离子本身所具有的化学性质掺杂效应通过将高能杂质离子注入到半导体晶体表面以改变晶体表面的化学性质和物理性质另一方面则可以利用离子本身具有的能量来实现各种工艺目的。按照离子能量的不同工艺目的也不同如离子能量在keV以下时离子束常被用来作为离子束刻蚀和离子束外延当能量在几十至keV时则被用作离子束曝光。*离子束光刻聚焦离子束系统截面示意图*新技术展望、浸入式光刻技术,,nmTechnologynodes譬如用水替代空气全氟聚烷基醚油*、纳米压印光刻现有的主流纳米压印光刻*新技术展望、极紫外光刻(EUV)极紫外光刻原理图*新技术展望、无掩模光刻(ML)光学无掩模光刻示意图带电粒子无掩模光刻示意图*新技术展望、无掩模光刻(ML)光学无掩模光刻示意图带电粒子无掩模光刻示意图*光刻设备从平面工艺诞生以来光刻设备可以分为五代。每一代又以那个时期获得CD和分辨率所需的设备类型为代表。这五个精细光刻时代的代表是:接触式光刻机接近式光刻机扫描投影光刻机分步重复投影光刻机步进扫描光刻机。*接触式光刻机接触式光刻机系统*接近式光刻机接近式光刻机上的边缘衍射和表面反射*扫描投影光刻机扫描投影光刻机*分步重复投影光刻机步进光刻机的曝光场*步进扫描投影光刻机步进扫描光刻机的曝光场第四单元光刻技术*光刻设备的发展趋势、光刻设备加工硅片大尺寸化、单片化、高精度化和全自动化、设备制造商垄断化、设备高价格化、设备研制联合化*刻蚀技术概述湿法刻蚀干法刻蚀技术刻蚀技术新进展*概述理想的刻蚀工艺必须具有以下特点:①各向异性刻蚀即只有垂直刻蚀没有横向钻蚀。②良好的刻蚀选择性即对作为掩模的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料③加工批量大控制容易成本低对环境污染少适用于工业生产。*广义而言刻蚀技术包含了所有将材质表面均匀移除或是有选择性地部分去除的技术可大体分为湿法刻蚀(WetEtching)和干法刻蚀(DryEtching)两种方式。影响刻蚀工艺的因素分为外部因素和内部因素。外部因素主要包括设备硬件的配置以及环境的温度、湿度影响对于操作人员来说外部因素只能记录很难改变要做好的就是优化工艺参数实现比较理想的实验结果。内部因素就是在设备稳定的情况下对工艺结果起到决定性作用。*湿法刻蚀湿法腐蚀是化学腐蚀晶片放在腐蚀液中(或喷淋)通过化学反应去除窗口薄膜得到晶片表面的薄膜图形。湿法刻蚀大概可分为三个步骤:①反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面。②反应物与被刻蚀薄膜反应。③反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中并随溶液排出。在这三个步骤中一般进行最慢的是反应物与被刻蚀薄膜反应的步骤也就是说该步骤的进行速率即是刻蚀速率。*湿法腐蚀特点湿法腐蚀工艺简单无需复杂设备保真度差腐蚀为各向同性A=图形分辨率低。选择比高均匀性好清洁性较差。*硅的湿法腐蚀各向同性腐蚀:SiHNOHFrarrHSiFHNOHOH各向异性腐蚀:SiKOHHOrarrKSiOHO*二氧化硅的湿法腐蚀影响刻蚀质量的因素主要有:①粘附性光刻胶与SiO表面粘附良好是保证刻蚀质量的重要条件。②二氧化硅的性质。③二氧化硅中的杂质。④刻蚀温度。⑤刻蚀时间。*氮化硅的湿法腐蚀SiN在半导体工艺中主要是作为场氧化层(FieldOxide)在进行局部氧化生长时的屏蔽层及半导体器件完成主要制备流程后的保护层。可以使用加热℃的HPO溶液刻蚀SiN其刻蚀速率与SiN的生长方式有关例如:用PECVD方式比用高温LPVCD方法得到的SiN的刻蚀速率快很多。一般来说SiN的湿法刻蚀大多应用于整面的剥除。对于有图形的SiN的刻蚀则采用干法刻蚀的方式。*湿法刻蚀设备湿法刻蚀工艺的设备主要由刻蚀槽、水洗糟和干燥槽构成其装置结构如图所示。*干法刻蚀技术干法腐蚀是应用等离子技术的腐蚀方法刻蚀气体在反应器中等离子化与被刻蚀材料反应(或溅射)生成物是气态物质从反应器中被抽出。干法刻蚀是ULSI的标准腐蚀工艺。*干法刻蚀的方式依据等离子放电条件、反应气体、系统的不同有多种干法刻蚀方式。物理性刻蚀化学性刻蚀(又称等离子体刻蚀)物理化学性刻蚀(又称反应离子刻蚀RIE)*物理性刻蚀物理性刻蚀包括溅射刻蚀和离子束铣蚀。溅射刻蚀等离子体中的离子或高能原子对衬底进行轰击溅射出衬底原子形成掩蔽膜图形。离子束铣蚀高能离子束对衬底进行轰击撞击出衬底原子形成掩蔽膜图形*化学性刻蚀反应器真空度在Torr腐蚀气体为氟化物(如CF)加载射频功率气体等离子化活性物Fmiddot、CFmiddotx与氮化硅、多晶硅等被刻蚀薄膜发生化学反应生成物被真空泵排除。SiOFmiddot(CFmiddotx)rarrSiFuarrOuarr*化学性刻蚀的特点保真度以各向同性为主有侧向腐蚀平板形反应器比筒形反应器侧向腐蚀小。A筒A平选择性筒形反应器好于平板形。如负胶与氮化硅腐蚀速率比筒形:~:平板形:~:*物理化学性刻蚀(RIE)RIE是等离子化学性刻蚀和溅射物理性刻蚀现象同时作用的刻蚀实际是离子辅助刻蚀。设备特点是被刻蚀衬底放置在功率电极上。目前RIE是在IC中采用最多的刻蚀方法。*RIE刻蚀特点保真度优于化学性刻蚀但不如物理性刻蚀。选择比优于物理性刻蚀但不如化学性刻蚀RIE刻蚀后在衬底上留有残余损伤。*干法刻蚀特点与湿法腐蚀比较优点:保真度好图形分辨率高湿法腐蚀难的薄膜如氮化硅等可以进行干法刻蚀。清洁性好气态生成物被抽出无湿法腐蚀的大量酸碱废液。缺点设备复杂选择比不如湿法*刻蚀参数干法刻蚀的主要刻蚀参数有以下几个方面:刻蚀速率选择比均匀性侧壁聚合物*、刻蚀速率不同刻蚀方法影响刻蚀速率的主要因素不同。离子能量和入射角气体成分气体流速其它影响因素*、选择比SR=EfEr式中Ef=被刻蚀材料的刻蚀速率Er=掩蔽层材料的刻蚀速率(如光刻胶)。*、均匀性刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上或整个一批或批与批之间刻蚀能力的参数。均匀性与选择比有密切的关系因为非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。保持均匀性是保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性例如图形密的区域大的图形间隔和高深宽比图形。均匀性的一些问题是因为刻蚀中速率和刻蚀剖面与图形尺寸和密度有关而产生的。*、侧壁聚合物聚合物的形成有时是有意的是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而防止横向刻蚀这样做能形成高的各向异性图形因为聚合物能阻挡对侧壁的刻蚀增强刻蚀的方向性从而实现对图形关键尺寸的良好控制。这些聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体和刻蚀生成物结合在一起而形成的。能否形成侧壁聚合物取决于所使用的气体类型。*多晶硅的干法刻蚀ClrarrClSiClrarrSiClSiClClrarrSiCl除了Cl和F的气体之外溴化氢(HBr)也是现在常用的气体之一因为在小于mum制程中栅极氧化层的厚度小于nm而以HBr刻蚀的多晶硅对SiO的选择比高于以Cl为主的等离子体。*二氧化硅的干法刻蚀*氮化硅的干法刻蚀SiN键强度介于SiO、SiSi之间刻蚀SiO的气体可用于氮化硅的刻蚀。LPCVDSiN作为选择性氧化掩模CF或CF(O、SF、NF)作为刻蚀气体。PECVDSiN作为器件保护膜刻蚀压焊点窗口用CFO作为刻蚀气体。*干法刻蚀设备、反应离子刻蚀机(RIE)*、磁场强化活性离子刻蚀机(MERIE)*、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、电子回旋共振式等离子体刻蚀机(ECR)*、感应耦合式等离子体刻蚀机(ICPR)*、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、反应离子刻蚀机(RIE)、螺旋波等离子体刻蚀机*终点检测通过使用终点检测器可以计算出刻蚀结束的准确时间进而准确地控制过度刻蚀的时间以确保多次刻蚀的重复性。常见的终点检测(EndPointDetection)设备有三种:发射光谱分析(OpticalEmissionSpectroscopyOES)、激光干涉测量(LaserInterferometry)、质谱分析(MassSpectroscopy)。*刻蚀技术新进展、四甲基氢氧化铵湿法刻蚀四甲基氢氧化铵(TMAH)具有刻蚀速率高、晶向选择性好、低毒性和对CMOS工艺的兼容性好等优点而成为常用的刻蚀剂另一方面TMAH价格高并且在刻蚀过程中会形成表面小丘(Hillock)影响表面光滑性。因此对TMAH的研究主要集中在如何通过改变或调整TMAH刻蚀液成分的配比来改变刻蚀特性。*刻蚀技术新进展、软刻蚀ldquo软刻蚀rdquo是一种相对于微制造领域中占据主导地位的刻蚀而言的微图形转移和微制造的新方法。总的思路就是把用昂贵设备生成的微图形通过中间介质进行简便而又精确的复制提高微制作的效率。软刻蚀一般是通过表面复制有细微结构的弹性印模来转移图形。*刻蚀技术新进展、约束刻蚀剂层技术(CELT)基本原理是通过化学反应或其它湮灭方式来消除自电极向外扩散得较远的刻蚀剂从而达到约束刻蚀剂层厚度的目的。CELT是一种既与现有的传统铸膜工艺和IC以及LIGA工艺不同又相互补充的新型化学加工技术。其最大特点是能够在半导体以及金属等多种材料上实现三维立体微结构的加工和复制。

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