第八章 基本光刻工艺.ppt

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1、第八章基本光刻工艺流程光刻的目的和意义第四章已做过简单的描述，这一章主要介绍基本光刻工艺中的表面准备至曝光的工艺步骤及光刻胶的特性。8.1简介光刻工艺首先是在晶园表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形，其次是在晶园表面正确定位图形。因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图形定位的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导致整个电路失效。除了对特征图形尺寸和图形对准的控制，在工艺过程中的缺陷水平的控制也同样是非常重要的。光刻操作步骤的数目之多和光刻工艺层的数量之大，所以光刻工艺是一个主要

2、的缺陷来源。8.2光刻蚀工艺概况光刻蚀是一种多步骤的图形转移过程，首先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每一层。图形转移通过两步完成。首先，图形被转移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光的部分相对应。其次，把图形从光刻胶层转移到晶园上。这一步是通过不同的刻蚀方法把晶园上没有被光刻胶保护的部分的薄膜层去掉。这时图形转移就彻底完成了。如图所示。如果掩膜版的图形是由不透

3、光的区域决定的，称其为亮场掩膜版；而在一个暗场掩膜版中，掩膜版上的图形是用相反的方式编码的，如果按照同样的步骤，就会在晶园表面留下凸起的图形。暗场掩膜版主要用来制作反刻金属互联线。刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起图形的情况如图8.7所示。右图显示了用不同极性的掩膜版和不同极性的光刻胶相结合而产生的结果。通常是根据尺寸控制的要求和缺陷保护的要求来选择光刻胶和掩膜版极性的。8.3光刻10步法把图形从掩膜版上转移到晶园表面是由多个步骤完成的（见图8.9），特征图形尺寸、对准精度、晶

4、园表面情况和光刻层数都会影响到特定光刻工艺的难以程度。虽然许多光刻工艺都不尽相同，但大部分都是基于光刻10步法的变异或选项。所以了解和掌握基本的光刻10步法是非常必要的。8.4光刻胶光刻胶是光刻工艺的核心，光刻过程中的所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻工艺的研发是一个非常漫长的过程。8.4.1光刻胶的组成光刻胶由4种成分组成：聚合物溶剂感光剂添加剂聚合物聚合物是由一组大而且重的分子组成，包括碳、氢和痒。对负性胶，聚合物曝光后会由非聚合状态变为聚合状态。在大多数负性胶里面，聚合物是聚异戊二烯类型。是一种相互粘结的物质－－

5、抗刻蚀的物质，如图所示。正性胶的基本聚合物是苯酚－甲醛聚合物，也称为苯酚－甲醛树脂。如图所示。在光刻胶中聚合物是相对不可溶的，用适当能量的光照后变成可溶状态。这种反应称为光溶解反应。下表列出了用在光刻胶产品上的聚合物，正胶和负胶相对的有点。溶剂光刻胶中容量最大的成分是溶剂。添加溶剂的目的是光刻胶处于液态，以便是光刻胶能够通过旋转的方法涂在晶园表面。感光剂光刻胶中的感光剂是用来产生或者控制聚合物的特定反应。如果聚合物中不添加感光剂，那么它对光的敏感性差，而且光谱范围较宽，添加特定的感光剂后，可以增加感光灵敏度，而且限制反应光的光谱范围，或者把反应光限制在某一波长的光

6、。添加剂光刻胶中的添加剂主要在光刻胶薄膜中用来吸收和控制光线，可以阻止光刻胶没有被曝光的部分在显影过程中被溶解。8.5光刻胶的表现要素对光刻胶的要求包括一下几个方面：分辨率在光刻胶层能够产生的最小图形通常被作为对光刻胶的分辨率。产生的线条越小，分辨率越高。分辨率不仅与光刻胶本身的结构、性质有关，还与特定的工艺有关，比如：曝光光源、显影工艺等。粘结能力光刻胶与衬底膜层（SiO2、Al等）的粘结能力直接影响光刻的质量。不同的衬底表面，光刻胶的粘结能力是不同的。负性胶通常比正性胶有更强的粘结能力。曝光速度灵敏性和曝光源光刻胶的感光灵敏度反应了光刻胶感光所必须的照射量，而

7、照射量正比于光的强度和感光时间。光强度是和光源特定的波长有关系。不同光源（射线）对应的波长如下图所示。波长越短的光源（射线）能量越高。除了普通光源，经常还根据不同需要选择X射线或者电子束作为曝光光源。那么光刻胶灵敏性作为一个参数，使通过能够使基本的反应开始所需要的能量总和来衡量的，它的单位是mJ/平方厘米负性胶通常的曝光时间是5～15秒，而正性胶则需要用上3～4倍的时间。工艺宽容度整个光刻过程步骤之多，而且每一步骤都会影响最终的图形尺寸，另外每一工艺步骤都有它的内部变异。不同的光刻胶对工艺变异的容忍性都不一样。那么，容忍性越高，在晶园表面达到所需要尺寸的可能性就越

8、大，或者说