半导体工艺基础 第四章 光刻ppt课件.ppt

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1、第四章光刻理学院刘德雄2013年3月本章主要内容Photolithography(光刻)正负光刻胶的组成与区别光刻工艺的步骤四种曝光系统掌握光刻胶的组成+PR和–PR的区别描述光刻工艺的步骤四种对准和曝光系统Explainrelationshipsofresolutionanddepthoffocustowavelengthandnumericalaperture.光刻概述Photolithography临时性地涂覆光刻胶到硅片上转移设计图形到光刻胶上IC制造中最重要的工艺占用40to50%芯片制造时间决定着芯片的最小特征

2、尺寸ICFabricationEDA:ElectronicDesignAutomationPR:Photoresist光致抗蚀剂，光刻胶，光阻材料光刻需要高分辨率HighResolution光刻胶高光敏性HighPRSensitivity精确对准PrecisionAlignment精确的工艺参数控制PreciseProcessParametersControl低缺陷密度LowDefectDensityPhotoresist－PR－光刻胶光敏性材料临时性地涂覆在硅片表面通过曝光转移设计图形到光刻胶上类似于照相机胶片上涂覆的光

3、敏材料PhotoresistNegativePhotoresist负性光刻胶－负胶PositivePhotoresist正性光刻胶－正胶曝光后不可溶解曝光后可溶解显影时未曝光的被溶解显影时曝光的被溶解便宜高分辨率NegativeandPositivePhotoresistsPhotoresistComposition光刻胶基本组成聚合物材料感光材料溶剂添加剂聚合物材料固体有机材料光照下不发生化学反应作用：保证光刻胶薄膜的附着性和抗腐蚀性，同时也决定光刻胶薄膜的其它特性（如光刻胶的厚度、弹性和热稳定性）感光材料当被曝光时发生

4、光化学反应而改变溶解性正性光刻胶：由不溶变为可溶负性光刻胶：由可溶变为不溶溶剂使光刻胶在涂到硅片表面之前保持液态允许采用旋涂的方法获得薄层光刻胶薄膜添加剂不同的添加剂获得不同的工艺结果如：染料，降低反射NegativeResist大多数负胶是聚异戊二烯型曝光后变为交联聚合物交联聚合物有很好的抗化学腐蚀特性未曝光部分将溶解在显影液中NegativePhotoresist负胶的缺点聚合物吸收显影液中的溶剂由于光刻胶膨胀而使分辨率降低其主溶剂二甲苯会引起环境和安全问题ComparisonofPhotoresists正胶Posit

5、ivePhotoresist曝光部分可以溶解在显影液中正影（光刻胶图形与掩膜图形相同）更高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍正胶PositivePhotoresist酚醛清漆树脂聚合物乙酸溶剂含在树脂中的交联感光剂光能使感光剂分解并打断交联化学键光刻胶变为可溶于显影液问题正胶比负胶具有更好的分辨率，为什么十九世纪八十年代以前人们普遍使用负胶？答案因为正胶比负胶贵得多，直到器件特征尺寸减小到3um以下时人们才用正胶代替负胶。对光刻胶的要求高分辨率–ThinnerPRfilmhashighertheresolution

6、–ThinnerPRfilm,thelowertheetchingandionimplantationresistance高抗蚀性好黏附性更宽的工艺容差–Highertolerancetoprocessconditionchange光刻胶的物理特性光刻胶必须能够抵挡一定的工艺条件－Coating,spinning,baking,developing.－Etchresistance－Ionimplantationblocking光刻工艺PhotolithographyProcess光刻基本步骤•涂胶Photoresistco

7、ating•对准和曝光Alignmentandexposure•显影Development过去工艺：光刻步骤现代工艺：光刻步骤光刻工序1、清洗硅片WaferClean2、预烘和底胶涂覆Pre-bakeandPrimerVapor3、光刻胶涂覆PhotoresistCoating4、前烘SoftBake5、对准Alignment6、曝光Exposure7、后烘PostExposureBake8、显影Development9、坚膜HardBake10、图形检测PatternInspectionWaferClean去除污染物去除

8、颗粒减少针孔和其它缺陷提高光刻胶黏附性基本步骤–化学清洗–漂洗–烘干光刻1－清洗过去的方法–高压氮气吹扫–旋转洗刷–高压水柱清洗WaferCleanProcess（新方法）光刻2－预烘脱水烘焙去除圆片表面的潮气增强光刻胶与表面的黏附性通常大约100°C与底胶涂覆合并进行光刻2－底胶涂覆增强光刻胶(PR)