当前位置:文档之家› 半导体制造工艺基础教材

半导体制造工艺基础教材

✓版上缺陷可以修补
✓蒙膜(pellicle)保护防止颗 粒玷污
高透明度(散射小) 热膨胀小
光刻胶
10~15nmARC(antireflection coating) 80nmCr 熔融石英玻璃片
掩模版制作过程
12. Finished
成品率Y: D0:单位面积缺陷数, Ac: 芯片面积, N: 掩膜版层数
(3)正抗蚀剂的灵敏度定义为曝光区域抗蚀剂完全溶解时所需的能量。除 ET外,另一称为反差比(γ)参数也用来表征抗蚀剂。
γ值越大,即表示曝光能量增加时,抗蚀剂溶解度增加越快,可得陡峭的图形。
邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌入掩模版中,将造成掩 模版永久性损坏,在后续曝光的晶片上形成缺陷。
投影式曝光:在掩模版与晶片间有一距离,10-50um。但这一间隙会在掩 模版图案边缘造成光学衍射。导致分辨率退化。
接触式
三种硅片曝光模式及系统
接近式
投影式
1:1曝光系统
步进投影式光刻机原理图 步进扫描光刻机
正光阻
負光阻பைடு நூலகம்
汞灯436nm (g线)和365nm (i线)光刻胶的组成
(正胶-positive photoresist, DNQ) a) 基底:树脂 是一种低分子量的酚醛树脂 (novolac, a polymer)
本身溶于显影液,溶解速率为15 nm/s。
b)光敏材料(PAC-photoactive compounds) 二氮醌 (diazoquinone, DQ)
光刻的要求
• 对光刻的基本要求: (1)高分辨率 (2)高灵敏度 (3)精密的套刻对准 (4)大尺寸硅片上的加工 (5)低缺陷
• 1. 高分辨率
• 分辨率是将硅片上两个邻近的特征图形区分开来 的能力,即对光刻工艺中可以达到的最小光刻图 形尺寸的一种描述,是光刻精度和清晰度的标志 之一。
• 随着集成电路的集成度提高,加工的线条越来越 细,对分辨率的要求也越来越高。
光刻机
光刻机的性能由三个参数判断:分辨率、套准精度与产率。 分辨率:能精确转移到晶片表面抗蚀剂膜上图案的最小尺寸; 套准精度:后续掩模版与先前掩模版刻在硅片上的图形相互对准的程
度; 产率:对一给定的掩模版,每小时能曝光完成的晶片数量。
光学曝光方法:遮蔽式曝光和投影式曝光。 遮蔽式曝光:可分为掩模版与晶片直接接触的接触式曝光和二者紧密相
• 4.大尺寸硅片的加工 • 提高了经济效益 • 但是要在大面积的晶圆上实现均匀的胶膜涂覆
,均匀感光,均匀显影,比较困难 • 高温会引起晶圆的形变,需要对周围环境的温
度控制要求十分严格,否则会影响光刻质量
5.低缺陷 缺陷会使电路失效,因此应该尽量减少缺陷
光学图形曝光-洁净室
在集成电路制造中,主要的图形曝光设备是利用紫外光[λ=0.2-0.4μm]的 光学仪器。主要讨论曝光装置、掩模版、抗蚀剂与分辨率。
前烘后膜上树脂 : PAC=1:1
负胶 (Negative Optical Photoresist)
当VLSI电路需分辨率达2 m之前,基本上是采用负性光刻 胶。 负胶在显影时线条会变粗,使其分辨率不能达到很高。
但在分辨率要求不太高的情况,负胶也有其优点:
a)对衬底表面粘附性好 b)抗刻蚀能力强 c)曝光时间短,产量高 d)工艺宽容度较高 (显影液稀释度、温度等) e)价格较低 (约正胶的三分之一)
负胶的组成部分:
a) 基底:合成环化橡胶树脂
负胶显影液
(cyclized synthetic rubber risin)
对光照不敏感,但在有机溶剂如甲苯和二甲苯中溶解很快
b) 光敏材料 PAC: 双芳化基 (bis-arylazide) 当光照后,产生交联的三维分子网络,使光刻胶在显
影液中具有不溶性。
✓DQ不溶于显影液,光刻胶在显影液中的溶解速率为 1-2 nm/sec ✓光照后,DQ结构发生重新排列,成为溶于显影液的烃基酸( TMAH四甲基氢氧化铵——典型显影液) 光照后,光刻胶在显影液中的溶解速度为100-200nm/s
c)溶剂 是醋酸丁脂、二甲苯、乙酸溶纤剂的混合物,用于调节光 刻胶的粘度。
• 通常以每毫米内能刻蚀出可分辨的最多线条数目 来表示。
• 2.高灵敏度
• 灵敏度是指光刻胶感光的速度。为了提高产量, 要求光刻周期越短越好,这就要求曝光时间越短 越好,也就要求高灵敏度。
• 3.精密的套刻对准
• 集成电路制作需要十多次甚至几十次光刻,每 次光刻都要相互套准。
• 由于图形的特征尺寸在亚微米数量级上,因此 ,对套刻要求很高。要求套刻误差在特征尺寸 的10%左右。
IC主导
抗蚀性:刻蚀和离子注入
正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的部 分发生光分解反应,可溶于显影液,未感光的 部分显影后仍然留在晶圆的表面
负性光刻胶的未感光部分溶于显影液中,而 感光部分显影后仍然留在基片表面。
正胶:曝光前不可溶,曝光后 可溶
负胶:曝光前 可溶,曝光后不可溶
光刻胶对大部分可见光敏感,对黄光不敏感。 因此光刻通常在黄光室(Yellow Room))内进行。
半导体制造工艺基础教材
光刻的定义
光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密 表面加工技术。用照相复印的方法将掩模版上的图案 转移到硅片表面的光刻胶上,以实现后续的有选择刻 蚀或注入掺杂
光刻的目的:光刻的目的就是在二氧化硅或金
属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图 形,把掩模版上的图形转换成晶圆上的器件结 构,从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的
机械设计
✓……
焦深
为轴上光线到极限聚焦位置的光程差。根据瑞利判据:
很小时,
焦深
NA,焦深
焦平面
焦深 光刻胶
IC技术中,焦深只有1m,甚至更小
光刻胶
光刻胶的作用:对于入射光 子有化学变化,通过显影, 从而实现图形转移。
负胶
灵敏度:单位面积的胶曝光 所需的光能量:mJ/cm2
正胶
烃基高分子材料 正胶分辨率高于负胶
基本参数:
投影式
✓分辨率(resolution)
✓焦深(depth of focus) ✓视场(field of view)
光学系统决定
✓调制传递函数(MTF—modulation transfer function)
✓套刻精度(alignment accuracy)
✓产率(throughput)
c)溶剂:芳香族化合物 (aromatic)
光刻胶的表征参数: 1、对比度:胶区分亮区和暗区的能力
mJ/cm2=mW/cm2×sec
(1)曝光、显影后残存抗蚀剂的百分率与曝光能量有关。值得注意的是, 即使未被曝光,少量抗蚀剂也会溶解。
(2)当曝光能量增加,抗蚀剂的溶解度也会增加,直到阈值能量ET时,抗 蚀剂完全溶解。
其中,λ是曝光光源的波长,g是掩模版与晶片间的间隙距离。当λ与g 减小时,可以得到lCD缩小的优势。然而,当给定一个g,任何大于g的微 尘粒子都会对掩模版造成损坏。
投影式——远场衍 射(Fraunhofer)
像平面远离孔径, 在孔径和像之间设 置镜头
爱里斑
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据:
分辨率
点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑
集成电路的特征尺寸是否能够进一 步减小,也与光刻技术的进一步发展有 密切的关系。
通常人们用特征尺寸来评价一个集 成电路生产线的技术水平。
所谓特征尺寸(CD:characteristic dimension)是指设计的多晶硅栅长,它标志了 器件工艺的总体水平,是设计规则的主要部分。
通常我们所说的0.13m,0.09m工艺就是 指的光刻技术所能达到最小线条的工艺。
边缘(第一衍射极小)相重合时,恰可分辨两物点。
S1
S2
可分辨
100%
S1
恰可分辨
73.6%
S2
S1 S2
不可分辨
两个爱里斑之间的分辨率(瑞利判据):
理论计算人眼爱里斑~20m 分辨率:100 m
数值孔径:收集衍射 光的能力。n为折射率
分辨率
k1=0.6-0.8
提高分辨率:
NA,,k1
由于有较高的光强度与稳定度,高压汞灯被广泛用作曝光光源。
在IC制造中必须要求洁净的厂房, 特别是图形曝光的工作区域,因为 尘埃可能会粘附于晶片或掩模版上 造成器件的缺陷从而是电路失效。
尘埃粒子在掩模版图案上 所造成的不同腐蚀的影响
用于IC制造的掩模版通常为缩小倍数的掩模版。掩模版的第一步为设 计者用CAD系统完整地将版图描绘出来。然后将CAD得到的数据信息传送到 电子束图形曝光的图形产生器。再将图案直接转移至对电子束敏感的掩模版上 。掩模版是由融凝硅土的基底覆盖一层铬膜组成。电路图案先转移至电子敏感 层进而转移至底下的铬膜层,掩模版便完成了
10:1
5:1
1:1
DSW-direct step on wafer
接触式和接近 式——近场衍 射(Fresnel)
像平面靠近孔 径,二者之间 无镜头系统
曝光系统
接触和接近式
Fresnel衍射理论适用 的间隔范围:
g=10 m, =365 nm(i线)时,
Wmin2 m
最小分辨尺寸
对遮蔽式曝光,最小线宽(临界尺寸)可用下式表示
35%的成 本来自于 光刻工艺
图形转移技术组成:
•掩膜版/电路设计 •掩膜版制作 •光刻
光源 曝光系统 光刻胶
IC掩模版
空间图像 潜在图像
掩膜版制作
CAD设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形
×1掩膜版制作
接触式、接近式光刻
数字图形
×4或×5投影光 刻版
投影式光刻
电子束直写
✓×4或×5投影光刻版在 制版时容易检查缺陷
相关主题