半导体制造技术.ppt

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1、半导体制造技术气相成底膜到软烘3学习目标：1、光刻基本概念，包括工艺描述、CD划分、光谱、分辨率、工艺宽容度等；2、负性和正性光刻的区别；3、光刻的8个基本步骤；4、如何在光刻前处理硅片表面；5、描述光刻胶并讨论光刻胶的物理特性；6、讨论传统I线胶的化学性质和应用；7、深紫外光刻胶的化学性质和优点，包括化学放大光刻胶；8、解释在硅片制造业中如何应用光刻胶；9、讨论软烘的目的，并解释它如何在生产中完成。45第十三章光刻：13.1引言67第十三章光刻：13.1引言8光刻：使用光敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形，包括：照相、制版、掩膜、图形生成。也就是将图形转移到一个平面

2、的复制过程。光刻是IC制造中最关键的步骤，处于中心地位，占成本约1/3。掩膜版（投影）：包含要在硅片上重复生成的图形。光谱：光谱能量要能够激活光刻胶10分辨率：将硅片上两个邻近特征图形区分开的能力—特征尺寸、关键尺寸（曝光的波长减小到CD同样大小）套准精度：硅片上的图案与掩膜版上的图案精确对准工艺宽容度：光刻始终如一处理特定要求产品的能力1213光刻（lithography）技术的特点1、光刻是一种表面加工技术；2、光刻是复印图象和化学腐蚀相结合的综合性技术；3、器件的尺寸越小，集成电路的集成度越高，对光刻精度的要求就越高，难度就越大。对光刻的基本要求高的图形分辨率（resolut

3、ion)；高灵敏度(sensitivity)；低缺陷(defect)；精密的套刻对准（alignmentandoverlay)。15负胶：晶片上图形与掩膜相反曝光部分发生交联反应，不可溶解，变硬没有曝光的部分去除正胶:晶片上图形与掩膜相同曝光部分发生降解反应，可溶解曝光的部分去除负胶NegativeOpticalresist负胶的光学性能是从可溶解性到不溶解性。负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分溶解。正胶－PositiveOpticalResist正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。现有VLSI工艺都采

4、用正胶18负胶正胶19正胶和负胶的比较在工艺发展的早期，负胶一直在光刻工艺中占主导地位，随着VLSIIC和2～5微米图形尺寸的出现，负胶已不能满足要求。随后出现了正胶，但正胶的缺点是粘结能力差。用正胶需要改变掩膜版的极性，这并不是简单的图形翻转。因为用掩膜版和两种不同光刻胶结合，在晶园表面光刻得到的尺寸是不一样的（见下图）由于光在图形周围的衍射效应，使得用负胶和亮场掩膜版组合在光刻胶层上得到的图形尺寸要比掩膜版上的图形尺寸小。用正胶和暗场掩膜版组合会使光刻胶层上的图形尺寸变大。（a）亮场掩膜版和负胶组合图形尺寸变小（b）暗场掩膜版和正胶组合图形尺寸变大正胶成本比负胶高，但良品率高；

5、负胶所用的显影剂容易得到，显影过程中图形尺寸相对稳定。对于要求高的制作工艺选择正胶，而对于那些图形尺寸大于2微米的工艺还是选择负胶。图8.21显示了两种类型光刻胶属性的比较。23光刻工艺8步骤2425261、气相成底膜目的：增强光刻胶与硅片的粘附性步骤：清洗，脱水，硅片表面成底膜处理。1.分滴：当硅片静止或者旋转的非常慢时，光刻胶被分滴在硅片上2.旋转铺开：快速加速硅片使光刻胶伸展到整个硅片表面3.旋转甩掉：甩掉多于的光刻胶，在硅片上得到均匀的光刻胶胶膜覆盖层。4.溶剂挥发：以固定转速继续旋转涂胶的硅片，直到溶剂挥发，光刻胶胶膜几乎干燥2.旋转涂胶（Spin-onPRCoating

6、）283.软烘（softbaking）因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。目的:去除光刻胶中的溶剂。蒸发溶剂的原因：1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。2）蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。时间和温度是软烘的参数。不完全的烘焙在曝光过程中造成图像形成不完整和在刻蚀过程中造成多余的光刻胶漂移；过分烘焙会造成光刻胶中的聚合物产生聚合反应，并且不与曝光射线反应，影响曝光。31软烘特点:增强光刻胶与硅片的粘附性促进光刻胶的均匀性提高线宽控制典型烘焙温度90to100

7、°CForAbout30Seconds在热板上随后在冷板上降温4.对准和曝光（Alignment）（Exposure）对准是将掩膜版与与前道工序中已刻在硅片上的图形对准曝光是对准以后，将掩膜版和硅片曝光，把掩膜版图形转移到涂胶的硅片上,实现图形复制。335、曝光后烘焙对深紫外线曝光是必须的典型温度100to110°C(热板)曝光后马上进行现在成为实际标准显影液溶解部分光刻胶将掩膜上的图形转移到光刻胶上6.显影（Development）三个基本步骤:显影－清洗－干燥3