半导体器件原理与工艺31.ppt

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1、半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀淀积技术CMOS光刻将掩模版上的图形转移到硅片上光刻的工艺流程后烘、刻蚀去胶对位曝光光源涂胶、前烘显影负胶正胶光刻的工艺流程二.涂胶1.涂胶前的准备工作：检查硅片表面的清洁度检查硅片表面的性质----接触检查硅片的平面度高温烘焙增粘剂处理（OAP处理）涂胶旋转涂法前烘前烘的目的：1.将硅片上覆盖的光刻胶溶剂去除2.增强光刻胶的粘附性以便在显影时光刻胶可以很好地粘附3.缓和在旋转过程中光刻胶膜内产生的应力对准和曝光对准和曝光的目的通过对准和曝光，把掩膜版的图形准确地通过紫处光投影到硅片表面的光刻胶上，使其选择性地

2、发生光化学反应对准和曝光工艺代表了光刻中的主要设备系统套准偏差+Y-Y+X-X+Y-Y+X-X完美的套准精度套准偏移显影目的：利用化学显影液把通过曝光后可溶性光刻胶溶解掉，从而把掩膜版的图形准确复制到光刻胶中显影液负胶：二甲苯溶剂有机溶剂使有机的光刻胶易产生溶涨现象正胶：四甲基氢氧化铵（TMAH)水性显影液不会使光刻胶产生不涨现象，仅需去离子水冲洗坚膜目的蒸发掉剩余的溶剂，使光刻胶变硬，提高光刻胶与衬底的粘附性温度正胶：130℃负胶：150℃LithographcSystem光刻系统的设备需要甩胶机烘箱或热板对准与曝光机对准机Aligner-3个性能标准分辨率:3σ<

3、10%线宽对准:产量光刻分辨率对准机和光刻胶的分辨率是曝光波长的函数波长越短,分辨率越高短波长能量高，曝光时间可以更短、散射更小光源系统光源HgArclamps436(G-line),405(H-line),365(I-line)nmExcimerlasers:KrF(248nm)andArF(193nm)接触式光刻ResolutionR<0.5µm掩膜板容易损坏或沾污接近式光刻最小特征尺寸：K~1,~波长，g~间距最小特征尺寸~3um投影式光刻增加数值孔径NA，最小特征尺寸减小，但聚焦深度也减小，必须折中考虑。聚焦深度光刻胶负胶NegativeResist---曝

4、光区域保留正胶PositiveResist---曝光区域去除光刻胶的成份Resin或basematerialsPhotoactivecompound(PAC)Solvent光刻胶的性能及其主要的测定方法光刻胶的主要特性分辨率、对比度、敏感度、粘滞性、粘附性、抗蚀性、表面张力、沾污和颗粒等灵敏度---发生化学变化所需的光能量分辨率---在光刻胶上再现的最小尺寸对比度---光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度光刻胶的性能-1敏感度：硅片表面光刻胶中产生一个良好图形所需要的一定波长光的最小能量值粘滞性：对于液体光刻胶来说其流动性的定量指标抗蚀性：在湿刻和干刻中保护衬底表面的

5、性质光刻胶的性能-2粘附性：描述了光刻胶粘着于衬度的强度表面张力：液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力聚合物聚合物是由许多小的重复单元连接而成的。结构：串联、分支、交联光刻胶爆光产生断链正胶爆光产生交联负胶DQN正胶感光化合物DQ基体材料NDQN正胶的典型反应PAC的氮分子键很弱，光照会使其脱离Wolff重组，形成乙烯酮初始材料不溶于基本溶液PAC为抑制剂。DQN正胶感光机理重氮醌类化合物经紫外光照射后，分解释放出氮气，同时分子结构进行重排，产生环的收缩作用，再经水解生成茚羧酸衍生物，成为能溶于碱性溶液的物质，从而显示图形光刻胶的对比度光刻胶的对比度对比度

6、：光刻胶的涂敷与显影显影中的三个主要问题甩胶先进光刻技术浸入光刻ImmersionLithography电子束光刻ElectronbeamLithographyX-RayLithography离子束光刻IonBeamLithography纳米压印光刻NanoimprintLithography浸入光刻Aliquidwithindexofrefractionn>1isintroducedbetweentheimagingopticsandthewafer.优点:分辨率与n成正比;聚焦深度增加电子束光刻波长例:30keV,=0.07A缺点:束流大,10’smA产量低,1

7、0wafers/hr.X-RayLithographySynchrotronRadiation投影式X射线光刻离子束光刻Pt淀积FEA制造纳米压印光刻纳米压印光刻极高分辨率:可以形成<10nm的结构LiftOff工艺Lift-offisaadditiveprocessformetalfilmpatterning:ThewaferiscompletelycoveredbyaphotoresistlayerpattenedwithopeningswherethefinalmaterialistoappearThethinfilmlayerisdeposi