微电子工艺之光刻技术

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1、第四章光刻技术①定义：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转移到覆盖在Si片上的感光层（光刻胶）上的工艺。②目的：在SiO2Si3N4poly-Si及金属膜上形成与光刻版完全对应的图形，实现选择性扩散和金属布线。③工艺流程：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→腐蚀→去胶④光刻三要素：光刻胶，光刻版（掩膜版），光刻机。第四章光刻技术一、光刻胶1.光刻胶的组份例如：聚乙烯醇肉桂酸脂系（负胶）①感光剂－聚乙烯醇肉桂酸脂感光波长：230－340nm；最大吸收峰：320nm；浓度：5-10%一、光刻胶②增感剂－5-硝基苊感光波长：480nm;浓度：

2、0.25-1%③溶剂－环己酮浓度：90－95％④交链剂例如，聚烃类（负胶）交链剂:N3-R-N3,双叠氮化合物一、光刻胶2.性能指标①感光度S－表征光刻胶对光的敏感程度。S=n/E，或S=h/(I·t)E-曝光量（lx·s，勒克斯·秒）；n-比例系数；I-光强度；t-曝光时间。②分辨率－表征光刻精度，即光刻时所能得到的光刻图形的最小尺寸。表示方法：每mm最多可容纳的线条数。若可分辨的最小线宽为W/2（线条间隔也为W/2），则分辨率＝1/W(mm-1)一、光刻胶光刻胶的分子量越高，分子量分散性越大，则分辨率越低。正胶分辨率高于负胶；③粘附性－

3、表征光刻胶与衬底间粘附的牢固程度。与光刻胶本身及衬底表面都有关。评价方法：光刻后的钻蚀程度。钻蚀量越小，粘附性越好。测量方法:离子徙动（迁移）实验。一、光刻胶④抗蚀性－表征光刻胶耐酸碱（或等离子体）腐蚀的程度评价方法：光刻后的钻蚀量(不能正确评价）。抗蚀性与分辨率的矛盾：分辨率越高，抗蚀性越差。⑤针孔密度－单位面积上的针孔数。测定方法：a.MOS法：利用MOS结构中氧化层针孔处产生的穿通现象.ⅰ）生长SiO2;ⅱ)无掩膜光刻;ⅲ)去胶蒸铝，刻方形图案阵列；ⅳ）通电测量穿通现象。b.化学腐蚀法：腐蚀液（邻苯二酚：乙二胺：水＝3g:17ml:8

4、ml)腐蚀4小时，显微镜下观察特征腐蚀坑数。一、光刻胶⑥留膜率－曝光显影后的非溶性胶膜厚度与曝光前胶膜厚度之比。留膜率越高越好。测量：椭偏仪测量曝光显影前后胶膜的厚度。⑦性能稳定－不发生暗反应。一、光刻胶3.类型①负胶－未感光部分能被适当的溶剂溶解去除，而感光部分不溶留下。所得图形与光刻版图形相反。光刻版是负版。优点：针孔少；耐腐蚀；粘附性好；感光度高。缺点：分辨率低。类型：a.聚肉桂酸脂类：聚乙烯醇肉桂酸脂，聚乙烯氧乙基肉桂酸脂。优点：分辨率高，线条清晰，受氧影响小。缺点：有针孔，耐腐蚀性较差。应用：中、大规模IC及平面器件。一、光刻胶产

5、品：聚乙烯醇肉桂酸脂（北京化工厂－103B胶；上海化学试剂厂－上试1号胶；美国柯达－KRP胶；日本东京应化－TPR胶）聚乙烯氧乙基肉桂酸脂（日本东京应化－OSR胶）b.聚烃类：优点：分辨率较高，粘附性较好（特别是金属衬底），针孔少，耐腐蚀性较好。缺点：受氧影响显著，应用：适用于金属掩膜版大规模IC产品：上试厂－2号胶，北化－302胶，东京应化－OMR81胶、OMR83胶、OMR85胶，柯达－KTFR胶。一、光刻胶②正胶－感光部分能被适当溶剂溶解去除，而留下未感光部分。所得图形与光刻版图形相同。优点：比负胶分辨率高，边缘整齐，反刻易对准。缺点

6、：粘附性及抗碱性较负胶差。应用：VLSI的精细加工。产品：北京化工厂－201~208胶；上海试剂厂－701胶；美国－－AZ-1350胶、AZ-111胶，日本－OFPR.一、光刻胶4.感光机理①负胶聚乙烯醇肉桂酸脂-103B,KPR一、光刻胶双叠氮系（环化橡胶）－302胶，KTFR一、光刻胶②正胶邻－叠氮萘醌系－701胶，AZ-1350胶二、光刻版（掩膜版）掩膜版在集成电路制造中占据非常重要的地位，因为它包含着欲制造的集成电路特定层的图形信息，决定了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸。所用掩膜版的数量决定了制造工艺流程中所需的最少光刻次数

7、。制作掩膜版首先必须有版图。所谓版图就是根据电路、器件参数所需要的几何形状与尺寸，依据生产集成电路的工艺所确定的设计规则，利用计算机辅助设计（CAD）通过人机交互的方式设计出的生产上所要求的掩膜图案。二、光刻版（掩膜版）设计规则是主要解决两个问题：同一层几何图形之间的关系；不同层之间的相互关系。它是IC制造厂与IC设计者之间的一个约定，什么能做，什么不能。对于每一层版图，版图设计规则将决定允许的最小特征尺寸、最小间隔、该层图形与其它层图形的最小覆盖，与它下面层图形的最小间隔等。如果遵照这些设计规则，那么IC制造厂就应保证生产出符合设计要求的

8、集成电路芯片。二、光刻版（掩膜版）制版程序：绘制版图→数据转换成图形发生器的专用文件（CIF文件、PG文件）→驱动和控制图形发生器，以一定的间距和布局，将掩膜图形印制于掩膜材料上