第08章 光刻.pptVIP

第08章 光刻-lithography 引言 光刻是IC制造业中最为重要的一道工艺，其构想来源于印刷技术中的照相制版技术。硅片制造工艺中，光刻占所有成本的35%。 通常可用光刻次数及所需掩模的个数来表示某生产工艺的难易程度，一个典型的硅集成电路工艺包括15－20块掩膜版。 自1959年IC发明至今的40多年里，IC的集成度不断提高，器件的特征尺寸不断减小，这主要归功于光刻技术的进步。 通常人们用特征尺寸来评价一个集成电路生产线的技术水平。所谓特征尺寸（CD：characteristic dimension）是指设计的多晶硅栅长，它标志了器件工艺的总体水平，是设计规则的主要部分。 通常我们所说的0.13?m，0.09?m工艺指的是光刻技术所能达到最小线条的工艺。 引言 光刻的定义：光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。 光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，把掩模版上的图形转换成晶圆上的器件结构，从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。 对光刻的基本要求： 高分辨率 高灵敏度 精密的套刻对准 大尺寸硅片上的加工 低缺陷 引言 高分辨率 分辨率是将硅片上两个邻近的特征图形区分开来的能力，即对光刻工艺中可以达到的最小光刻图形尺寸的一种描述，是光刻精度和清晰度的标志之一。随着集成电路的集成度提高，加工的线条越来越细，对分辨率的要求也越来越高。 分辨率表示每mm内能够刻蚀出可分辨的最多线条数。 R= 1/2L （L为线条宽度） 高灵敏度 灵敏度是指光刻胶感光的速度。为了提高产量要求曝光时间越短越好，也就要求高灵敏度。 精密的套刻对准 集成电路制作需要十多次甚至几十次光刻，每次光刻都要相互套准。 由于图形的特征尺寸在亚微米数量级上，因此，对套刻要求很高。要求套刻误差在特征尺寸的±10％左右。 引言 大尺寸硅片的加工 为了提高效益和Si片利用率，一般采用大尺寸Si片。 但是，随着晶圆尺寸增大，周围环境会引起晶圆片的膨胀和收缩。因此对周围环境的温度控制要求十分严格，否则会影响光刻质量。 低缺陷 缺陷会使电路失效，因此应该尽量减少缺陷。 §8.1 光刻工艺流程 完整的工艺流程 涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶 §8.1 光刻工艺流程 涂胶 目的：在Si片表面形成厚度均匀、附着性强、没有缺陷的光刻胶薄膜。 具体工艺 为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘结，必须进行表面处理，包括三个阶段：微粒清除、脱水烘焙和涂底胶。 涂底胶后，涂液相光刻胶。 第一步:微粒清除 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸附到的一些颗粒状污染物。 清除方法： 高压氮气吹除 化学湿法清洗：酸清洗和烘干。 旋转刷刷洗 高压水流喷洗 经过清洁处理后的晶圆表面可能会含有一定的水分（亲水性表面），所以必须脱水烘焙使其达到清洁干燥（憎水性表面），以便增加光刻胶和晶园表面的黏附能力。 §8.1 光刻工艺流程 第二步:脱水烘焙 目的：干燥晶圆表面，使基底表面由亲水性变为憎水性，增加表面粘附性。 脱水烘焙的三个温度范围： 150℃-200℃，低温蒸发水分； 400℃，中温烘烤； 750℃，高温烘干。 保持憎水性表面通常通过下面两种方法： 一是保持室内温度在50℃以下，并且在晶园完成前一步工艺之后尽可能快的进行涂胶。 另一种方法是把晶园存储在用干燥并且干净的氮气净化过的干燥器中。 §8.1 光刻工艺流程 第三步：晶片涂底胶 目的：增强光刻胶与晶圆之间的附着力。用六甲基乙硅氮烷（HMDS）或三甲基甲硅烷基二乙胺（TMSDEA）进行成膜处理。 第四步：正式涂胶（旋转涂胶法） 静态涂胶工艺 首先把光刻胶通过管道堆积在晶片的中心，堆积量由晶片大小和光刻胶的类型决定，堆积量非常关键，量少了会导致涂胶不均匀，量大了会导致晶园边缘光刻胶的堆积甚至流到背面 动态喷洒 随着晶园直径越来越大，静态涂胶已不能满足要求，动态喷洒是晶片500rpm的速度低速旋转，其目的是帮助光刻胶最初的扩散，用这种方法可以用较少量的光刻胶而达到更均匀的光刻胶膜。待扩散后旋转器加速完成最终要求薄而均匀的光刻胶膜。 §8.1 光刻工艺流程 §8.1 光刻工艺流程 旋转涂胶的四个步骤 分滴：当硅片静止或者旋转的非常慢时，光刻胶被分滴在硅片上。 旋转铺开：快速加速硅片使光刻胶伸展到整个硅片表面。 旋转甩掉：甩掉多于的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层。 溶剂挥发：以固定转速继续旋转涂胶的硅片，直到溶剂挥发，光刻胶胶膜几乎干燥。 §8.1 光刻工艺流程 特点 甩胶之后留在Si片上的不到1%，其余都被甩掉。 膜厚与转速的平方根成反比。 提升转速越快，均匀性越好。转速提升慢的话，溶剂挥发，胶变得粘稠不好移动。 转速越快，均匀性越好。 注意事项 Si片越大