第八章 光刻和 与刻蚀工艺 硅集成电路工艺基础.ppt

8.6.9、化学增强的深紫外光刻胶 对于0.35μm以下的工艺，需要采用深紫外光源，由于树脂和DQN对紫外光的250nm波长都存在强吸收，在DUV区不能很好地使用，这就需要使用化学增强(CA)的光刻胶材料。 CA光刻胶的优点： 相对较高的光敏度； 相比于DQN/树脂光刻胶，CA胶的对比度也较高。 对于0.35μm的工艺，通常会使用混合的光学曝光技术，包括使用i线和248nm的DUV曝光(使用单层的CA光刻胶)。 当器件尺寸达到0.25μm时，就需要完成由i线到248nm深紫外光源的过渡。通过采用相转移技术和多层光刻胶技术，248nm的光刻将会广泛应用到小尺寸器件的制备中去。 下一代193nm的光刻所需要的光刻胶，依然依赖于CA胶。 制作一个完整的ULSI芯片需要20-25块不同图形的掩膜版。 传统光刻掩膜版是在石英板上淀积一层铬，用电子束或激光束将图形直接刻在铬层上，形成1X或4X、5X的掩膜版。 8.7、掩模板的制造 石英玻璃的热扩散系数小，使石英玻璃板在掩模版刻写过程中受温度变化的影响较小。 石英玻璃对248nm和193nm波长的通透效果是最好的。 8.7.1、石英玻璃板 8.7.2、铬层 在石英玻璃片上淀积一层铬(Cr)，掩膜图形最终就是在铬膜上形成的。选择铬膜是因为铬膜的淀积和刻蚀都比较容易，而且对光线完全不透明。 在铬膜的下方还要有一层由铬的氮化物或氧化物形成的薄膜，增加铬膜与石英玻璃之间黏附力。 在铬膜的上方需要有一层的20nm厚的Cr2O3抗反射层。 这些薄膜都是通过溅射法制备的。 8.7.3、掩模板的保护层 为了防止在掩模版上形成缺陷，需要用保护膜将掩模版的表面密封起来，这样就可以避免掩模版遭到空气中微粒以及其他形式的污染。 保护膜的厚度需要足够薄，以保证透光性，同时又要耐清洗，还要求保护膜长时间暴露在UV射线的辐照下，仍然能保持它的形状。 目前所使用的材料包括硝化纤维素醋酸盐和碳氟化合物．形成的保护薄膜厚度为l～2μm。 有保护膜的掩模版可以用去离子水清洗，这样可以去掉保护膜上大多数的微粒，然后再通过弱表面活性剂和手工擦洗，就可以完成对掩模版的清洁。 8.7.4、移相掩模（PSM） 当图形尺寸缩小到深亚微米，通常需要使用移相掩膜(Phase-Shift Mask)技术。移相掩膜与准分子激光源相结合，可以使光学曝光技术的分辨能力大为提高。 移相掩膜的基本原理是在光掩模版的某些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180°的相位差，与邻近透明区域透过的光波产生干涉，从而抵消图形边缘的光衍射效应，提高曝光的分辨率。（图8.18，p.239） 移相层材料有两类： ①有机膜，以光刻胶为主，如聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA胶)； ②无机膜，如二氧化硅。 8.8、X射线曝光 X射线源：用高能电子束轰击金属靶，当高能电子撞击靶时将损失能量，激发原子核内层电子的跃迁，当这些激发电子落回到基态时，将发射X射线。这些X射线形成分立的线谱，其能量取决于靶材料。 X射线源必须在真空下工作，因此X射线必须透过窗口进入到常压气氛中进行曝光。窗口材料对X射线吸收要尽量少，铍是常用的窗口材料。 X射线的波长一般选在2-40?，即软X射线区。 8.8.1、X射线曝光系统 目前集成电路中的光刻技术已经达到0.13μm，已接近光学光刻的极限。替代光学光刻的主要有X射线光刻和电子束光刻。 8.8.2、图形的畸变 在X射线曝光系统中，X射线的波长小于40?，故衍射对分辨率的影响只有当线宽小于20?时才明显。因此当图形尺寸大于20?，而小于1μm 时，引起图形畸变和影响分辨率的主要原因不是衍射，而是半阴影和几何畸变。 图形畸变的原因：电子束轰击金属靶所产生的X射线，没有简单的反射镜和透射镜能够使它变成平行光，实际是发散型的点光源。 从图中可以看出半阴影Δ为 其中S是掩模版与样品的距离，d是靶斑尺寸，D是光源到掩模版的距离。 D大则单位面积上接收到的X射线剂量变小，曝光时间加长； d小对Δ有利，但靶斑尺寸减小是非常困难的。 在实际应用中通常是采用折衷的方法，以得到最佳的Δ。 半阴影 ①当样品上曝光位置偏离X射线束的轴心时，入射X射线与硅片表面法线有一倾角，不同位置倾角不同，因此产生了几何偏差x： 其中W是硅片曝光位置偏离X射线束轴心的距离，若在硅片的边上，即W等于硅片的半径Wr，相应的偏差是最大几何偏差xm： ②样品与掩模版的间隙S也会引入几何偏差，样品表面不是绝对平面，存在加工偏差引起