第八讲 - 薄膜的图形化技术.pptVIP

第八讲 薄膜材料的图形化 Patterning of thin films 提 要 薄膜图形化的光刻技术 光刻使用的等离子体刻蚀技术 等离子体刻蚀机制 未来的纳米光刻技术 薄膜沉积与其刻蚀技术 八层布线的集成电路的断面形貌 以光刻技术在薄膜表面获得图形 光刻所用的掩膜 半导体技术中所采用的光刻技术 Automatic coat and develop track 光刻过程中的暴光方法 光刻过程中的暴光 ——GCA 6700 STEPPER 光刻流程中的刻蚀 以化学溶剂法实现光刻图形时的情况 等离子体刻蚀 等离子体刻蚀 等离子体刻蚀的监测 对等离子体刻蚀技术的要求 等离子体刻蚀的微观过程 等离子体刻蚀过程的速率 等离子体刻蚀过程的选择性 等离子体刻蚀过程的选择性 常用电子材料的等离子体刻蚀方法 等离子体刻蚀过程的各向异性 等离子体刻蚀过程的选择性 早期使用的等离子体刻蚀系统 等离子体刻蚀系统的发展 Plasma etching —— 电容耦合式的等离子体刻蚀系统 Plasma etching —— 电容耦合式的等离子体刻蚀系统 Reactive ion etching, RIE —— 电容耦合式的等离子体刻蚀系统 RIE ——六角柱形的射频反应离子刻蚀系统 上述射频等离子体刻蚀系统的缺点 高密度射频等离子体刻蚀系统 ——Inducting Coupled Plasma, ICP RIE与高密度等离子体（HDP)刻蚀系统的比较 等离子体刻蚀的四种机制 等离子体刻蚀的五种机制 不同等离子体刻蚀机制的特点 由高密度等离子体实现的单晶硅的各向异性刻蚀 由高密度等离子体实现的SiO2的各向异性刻蚀 集成电路多层布线技术 未来的光刻技术 纳米光刻技术 第八讲 小结 在需要对薄膜材料进行图形化时，光刻技术是一个有力的技术手段。 与薄膜材料的PECVD方法相对应，等离子体刻蚀技术可被用于对薄膜材料进行表面刻蚀。 发展中的等离子体刻蚀技术与化学溶剂刻蚀方法相比，可在更小的线宽尺度上，对材料进行各向异性的刻蚀。 等离子体刻蚀的微观机制可以被分为四类（或五类），它们的主要区别在于发挥作用的活性基团和它们的作用机制。 反应离子刻蚀、高密度等离子体刻蚀两种方法是目前半导体技术中各向异性刻蚀的主要手段。 思 考 题 对比等离子体光刻技术与PECVD技术的异同点。 讨论湿法与干法半导体光刻技术的优点与缺点。 说明：高密度等离子体光刻技术逐渐取代早期的反应离子刻蚀技术的原因。 比较溅射、化学刻蚀、离子辅助刻蚀、侧壁钝化的离子辅助刻蚀等四种等离子体刻蚀机制的特点。 尝试解释离子辅助刻蚀方法能够获得高的刻蚀速率的原因。 讨论等离子体刻蚀方法提供的刻蚀选择性和刻蚀各向异性。 讨论：在使用193nm或13nm波长的紫外光源暴光的情况下，由光刻技术可以获得的线宽。 物理溅射 化学刻蚀 离子辅助刻蚀 侧壁钝化(side wall passivation)的离子辅助刻蚀 反应离子刻蚀 又有人提出了 侧壁钝化的离子辅助等离子体刻蚀 利用两种不同的气体产生等离子体，一种将在侧壁产生高分子的吸附沉积物，而另外一种则产生刻蚀作用。刻蚀过程在两种气体之间不断转换，每个刻蚀周期持续数妙的时间 反应离子刻蚀（RIE) 指利用离子加速后作定向运动、产生定向刻蚀效果的所有等离子体刻蚀技术，包括早期的RIE和后期的高密度等离子体刻蚀方法 - ? - - 侧壁沉积基团 1mTorr ? - 物理溅射 50mTorr ? ? 侧壁钝化离子辅助 50mTorr ? ? 离子辅助 1000mTorr - ? 化学刻蚀 压力 高能离子轰击 中性化学刻蚀基团 刻蚀机制 等离子体刻蚀的四种机制的比较 （按气体压力排列） Si的离子辅助等离子体刻蚀的效果 高能离子与活性基团一同产生的刻蚀速率大于两者各自的速率 化学刻蚀 离子辅助 物理溅射 离子参与的过程：可具有强的方向性（各向异性） 缺少选择性 活性化学基团参与的过程：强的选择性 缺少各向异性 因此，等离子体刻蚀方法总是在寻找两者的折中 刻蚀: 0.4?m?4?m 25nm?788nm 镶嵌式（左）：绝缘层光刻-金属层PVD-化学机械抛光 标准式（右）：金属层光刻-绝缘层CVD-化学机械抛光 光刻技术的未来: 莫尔定律（Moore’s Law） 为协调半导体技术的发展，国际半导体行业协会(SIA)每年都在制定International Technology Roadmap for