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1、集成電路制造技術第八章光刻與刻蝕工藝西安電子科技大學微電子學院戴顯英2013年9月主要內容光刻的重要性光刻工藝流程光源光刻膠分辨率濕法刻蝕干法刻蝕第八章光刻與刻蝕工藝IC制造中最重要的工藝：①決定著芯片的最小特征尺寸②占芯片制造時間的40-50%③占制造成本的30%光刻：通過光化學反應，將光刻版（mask）上的圖形轉移到光刻膠上?？涛g：通過腐蝕，將光刻膠上圖形完整地轉移到Si片上光刻三要素：①光刻機②光刻版（掩膜版）③光刻膠ULSI對光刻的要求：高分辨率；高靈敏的光刻膠；低缺陷；精密的套刻對準；第八章光刻與刻蝕工藝特征尺寸與柵長的摩爾
2、定律與特征尺寸相應的光源第八章光刻與刻蝕工藝接觸式與投影式光刻機掩模版掩膜版的質量要求若每塊掩膜版上圖形成品率＝90％，則6塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）6＝53％；10塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）10＝35％；15塊光刻版，其管芯圖形成品率＝（90％）15＝21％；最后的管芯成品率當然比其圖形成品率還要低。掩膜版尺寸：①接觸式接近式和投影式曝光機：1∶1②分步重復投影光刻機（Stepper）：4∶1；5∶1；10∶1CleanRoom凈化間潔凈等級：塵埃數(shù)/m3；（塵埃尺寸為0.5μm）10萬級：≤350萬，單晶制
3、備；1萬級：≤35萬，封裝、測試；1000級：≤35000，擴散、CVD；100級：≤3500，光刻、制版；深亞微米器件（塵埃尺寸為0.1μm）10級：≤350，光刻、制版；1級：≤35，光刻、制版；光刻工藝的基本步驟?涂膠Photoresistcoating?曝光Exposure?顯影Development8.1光刻工藝PhotolithographyProcess光刻工藝的主要步驟涂膠前烘曝光后烘顯影堅膜1)清洗硅片WaferClean2)預烘和打底膠Pre-bakeandPrimerVapor3、涂膠PhotoresistCoa
4、ting4、前烘SoftBake8.1.1光刻工藝流程5、對準Alignment6、曝光Exposure7、后烘PostExposureBake8、顯影Development8.1.1光刻工藝流程9、堅膜HardBake10、圖形檢測PatternInspection8.1.1光刻工藝流程光刻1－清洗光刻2－預烘和打底膜SiO2:親水性；光刻膠：疏水性；預烘：去除Si片水汽，增強光刻膠與表面的黏附性；大約1000C；打底膜：涂HMDS（六甲基乙硅氮烷），去掉SiO2表面的-OH，增強光刻膠與表面的黏附性。RCA標準清洗8.1.1光刻工
5、藝流程光刻3－涂膠SpinCoating圓片放置在涂膠機的真空卡盤上高速旋轉液態(tài)光刻膠滴在圓片中心光刻膠以離心力向外擴展均勻涂覆在圓片表面EBR:Edgebeadremoval邊緣修復①要求：粘附良好，均勻，薄厚適當膠膜太?。樋锥?，抗蝕性差；膠膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚的5－8倍）②涂膠方法：浸涂，噴涂，旋涂√旋轉涂膠SpinCoating8.1.1光刻工藝流程光刻膠厚度與旋轉速率和粘性的關系與涂膠旋轉速率成反比與光刻膠粘性成正比光刻4－前烘SoftBakeBakingSystems①作用：促進膠膜內溶劑充分揮發(fā)，使膠膜干燥；增
6、加膠膜與SiO2（Al膜等）的粘附性及耐磨性。②影響因素：溫度，時間。烘焙不足（溫度太低或時間太短）－顯影時易浮膠，圖形易變形。烘焙時間過長－增感劑揮發(fā)，導致曝光時間增長，甚至顯不出圖形。烘焙溫度過高－感光劑反應（膠膜硬化），不易溶于顯影液，導致顯影不干凈。8.1.1光刻工藝流程5-6、對準與曝光AlignmentandExposureMostcriticalprocessforICfabricationMostexpensivetool(stepper)inanICfab.Determinestheminimumfeaturesiz
7、eCurrently45nmandpushingto32nm接觸式曝光機接近式曝光機投影式曝光機步進式曝光機（Stepper）1）對準和曝光設備--光刻機8.1.1光刻工藝流程接觸式曝光示意圖步進-重復（Stepper） 曝光示意圖接近式曝光示意圖投影式曝光示意圖光學曝光、X射線曝光、電子束曝光①光學曝光－紫外，深紫外高壓汞燈：紫外(UV），300－450nm；i線365nm，h線405nm，g線436nm。準分子激光：KrF：λ=248nm；ArF：λ=193nm；F2激光器：λ=157nm。高壓汞燈紫外光譜2）曝光光源：8.1.1
8、光刻工藝流程電子束曝光：λ＝幾十---100?；優(yōu)點：分辨率高；不需光刻版（直寫式）；缺點：產量低（適于制備光刻版）；X射線曝光：λ＝2---40?，軟X射線；X射線曝光的特點：分辨率高，產量大。極短紫外光（EUV）：λ
