掩模制作技術(shù).doc

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1、掩模制作技術(shù)掩模制作技術(shù)掩模制作技術(shù)是半導(dǎo)體工藝技術(shù)屮制作光刻工藝用的光復(fù)印掩蔽模版的技術(shù)，亦稱(chēng)制版技術(shù)。掩模制作半導(dǎo)體集成電路制作過(guò)程通常需要經(jīng)過(guò)多次光刻工藝，在半導(dǎo)體晶體表面的介質(zhì)層上開(kāi)衢各種摻雜窗口、電極接觸孔或在導(dǎo)電層上刻蝕金屬互連圖形。光刻T藝需要一?整套（幾塊多至十幾塊）相互間能精確套準(zhǔn)的、具有特定幾何圖形的光復(fù)印掩蔽模版，簡(jiǎn)稱(chēng)光掩模版。光掩模版是光刻工藝屮復(fù)卬光致抗蝕掩蔽層的“卬相底片”。隨著人規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)光掩模版的質(zhì)量，包括各種掩模精度、缺陷密度和掩模版的耐用性能等都提出了極高的要求。以

2、64千位MOS存儲(chǔ)器光掩模版為例，每個(gè)芯片單元有效血積0.22?0?28厘米2內(nèi)含約15萬(wàn)個(gè)元件、器件;最細(xì)的線寬約2?3微米;套刻精度約±0.5?±1微米;掩模版的分步重復(fù)精度、定位精度等都必須控制在±0.1?±0.25微米范囤以?xún)?nèi)。此外，光掩模版的隨機(jī)缺陷密度對(duì)芯片成品率的影響，將滿(mǎn)足博塞-愛(ài)因斯坦分布，即芯片成品率隨著單元右效血積的增人或隨機(jī)缺陷密度的增人而按負(fù)指數(shù)關(guān)系急劇下降。據(jù)推算，若要達(dá)到95%以上的成品率，掩模版的缺陷密度必須控制在每平方厘米0.175個(gè)以下。如果缺陷密度增人到每平方厘米1.25個(gè)，則成品率因缺

3、陷的直接影響會(huì)下降到65%以下。因此，光掩模版質(zhì)量的優(yōu)劣百接影響光刻T藝的質(zhì)量，從而影響半導(dǎo)體器件或集成電路的電學(xué)性能、可靠性和芯片成品率。光掩模制作技術(shù)人體上可分為傳統(tǒng)的刻圖縮微制版技術(shù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、光學(xué)圖形發(fā)生器自動(dòng)制版技術(shù)系統(tǒng)和以電子束掃描成像為代表的各種短波長(zhǎng)射線成像曝光技術(shù)系統(tǒng)。%1刻圖縮微制版技術(shù)最初是從印刷工業(yè)中的印刷制版技術(shù)移植到微電子工藝技術(shù)屮來(lái)的。制作一套光掩模版需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的過(guò)程。首先需要根據(jù)半導(dǎo)體器件或集成電路電學(xué)參數(shù)的要求、工藝條件和精度的要求確定適當(dāng)?shù)姆湃吮堵蕘?lái)繪制掩模原圖。然后利用縮微照

4、相技術(shù)或圖形發(fā)生系統(tǒng)制作掩模原版，亦稱(chēng)屮間掩模版。為了能在同一個(gè)硅片上同時(shí)制作多個(gè)電路芯片而且又便于切割成單個(gè)芯片，屮間掩模版的圖形還要用具有分步重復(fù)功能的精密縮小照相機(jī)進(jìn)-步縮小到實(shí)際芯片尺寸。同時(shí)，讓同一圖形在縱橫兩個(gè)方向按一定的間距重復(fù)曝光，制成含有芯片圖形陣列的母掩模版。最后復(fù)印出供給生產(chǎn)上光刻工藝使用的工作掩模版。%1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)光學(xué)圖形發(fā)生器制版技術(shù)系統(tǒng)隨著半導(dǎo)體器件、集成電路、人規(guī)模集成電路制作技術(shù)的發(fā)展，芯片集成度越來(lái)越高，電路圖形越來(lái)越復(fù)雜，加工尺寸越來(lái)越精細(xì)，遂研制成功計(jì)算機(jī)輔助制版系統(tǒng)和山它控制的自動(dòng)

5、制圖機(jī)、光學(xué)圖形發(fā)生器等高精度自動(dòng)制版設(shè)備，以及激光圖形發(fā)生器、電子束圖形發(fā)生器等新的制版設(shè)備，形成了半導(dǎo)體T藝技術(shù)屮所特有的高秸度光掩模制作技術(shù)體系。尤其是電子束圖形發(fā)生器，具有很高的分辨率和高速掃描成像系統(tǒng)，不但可川于制作屮間掩模版，而且還能取代分步重復(fù)設(shè)備玄接制作岀含有芯片陣列圖形的母掩模版或工作掩模版。然后，再利用各種光刻設(shè)備把光掩模圖形轉(zhuǎn)移到硅片表而的光致抗蝕層上。這種技術(shù)在人規(guī)模和超人規(guī)模集成電路制作丁藝屮起著越來(lái)越重要的作用。到80年代初，采用這些技術(shù)已制作出最細(xì)加工線寬為1.3?2.5微米的256千位動(dòng)態(tài)隨機(jī)

6、存儲(chǔ)器芯片，這U接近光掩模加T技術(shù)和光掩模圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)的極限。%1短波長(zhǎng)射線成像曝光技術(shù)系統(tǒng)為保證大規(guī)模集成電路的芯片成品率，并進(jìn)一步提高集成度（如最小加丁?尺寸達(dá)亞微米級(jí)的百力位存儲(chǔ)器芯片），已采用電子束、離子束或X射線等玄接在硅片上掃描成像的加工新技術(shù)，取代傳統(tǒng)的光掩模圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)掩模材料制備早期光掩模版材料使川印刷術(shù)11啲濕版，后來(lái)又沿用普通照相術(shù)屮的鹵化銀乳劑干版（亦稱(chēng)史羅甸T(mén)版）。后漸采用具有極高分辨率的超微粒乳膠T?版和具有良好耐磨性能的硬質(zhì)倂版，以及能掩蔽紫外光而在可見(jiàn)光下呈半透明特性的“彩色版”等掩模材料。這

7、些掩模材料的襯底基片，都采川精選的高平整度制版玻璃。對(duì)于玻璃的缺陷密度、紫外光透過(guò)率和溫度膨脹系數(shù)等都有一定的要求。半導(dǎo)體工藝技術(shù)屮所需的掩模材料如表。掩模版圖設(shè)計(jì)根據(jù)半導(dǎo)體器件和集成電路電學(xué)功能和制造丁?藝的要求，按照集成電路版圖設(shè)計(jì)規(guī)則在方格坐標(biāo)紙上把電路圖形化，設(shè)計(jì)并繪制出原始的布局布線總圖。但是，隨著集成度與電路復(fù)雜程度的不斷提高，靠人工設(shè)計(jì)版圖已-1?分困難，必須借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)和自動(dòng)布局布線。屮間掩模版制作精縮分步重復(fù)照相或縮小分步重復(fù)投影光刻。首先根據(jù)設(shè)計(jì)原始總圖（視制版精度要求，通?？倛D要比實(shí)際

8、芯片尺寸約人100?1000倍），利用刻圖機(jī)按照光刻不同層次將所需的圖形分別刻在若干張可剝離的聚酯紅膜片上，并揭去不需要的部分，即制成一套掩模原圖。然后，通過(guò)人型初縮機(jī)照相縮小成屮間掩模版。通常，這種屮間掩模版比實(shí)際芯片尺寸人10倍。隨著集成度的提高，人工制圖和刻圖已不能滿(mǎn)足要求，因而轉(zhuǎn)向