光刻与刻蚀工艺经典案例

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1、第八章光刻与刻蚀工艺2007.4.17第八章光刻与刻蚀工艺光刻：通过光化学反应，将光刻版（mask）上的图形转移到光刻胶上。刻蚀：通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上光刻三要素：①光刻机②光刻版（掩膜版）③光刻胶ULSI对光刻的要求：高分辨率；高灵敏的光刻胶；低缺陷；精密的套刻对准；第八章光刻与刻蚀工艺掩模版掩膜版的质量要求若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％；10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％；15块光刻版，其管芯图

2、形成品率＝（90％）15＝21％；最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。8.1光刻工艺流程主要步骤：曝光、显影、刻蚀8.1光刻工艺流程8.1.1涂胶1.涂胶前的Si片处理--SiO2光刻SiO2:亲水性；光刻胶：疏水性；①脱水烘焙:去除水分②HMDS：增强附着力HMDS：六甲基乙硅氮烷，(CH3)6Si2NH作用：去掉SiO2表面的-OH8.1光刻工艺流程2.涂胶①对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差；胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚的5－8倍）②涂胶方法：浸涂，

3、喷涂，旋涂√8.1光刻工艺流程8.1.2前烘①作用：促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2（Al膜等）的粘附性及耐磨性。②影响因素：温度，时间。烘焙不足（温度太低或时间太短）－显影时易浮胶，图形易变形。烘焙时间过长－增感剂挥发，导致曝光时间增长，甚至显不出图形。烘焙温度过高－感光剂反应（胶膜硬化），不易溶于显影液，导致显影不干净。8.1光刻工艺流程8.1.3曝光：光学曝光、X射线曝光、电子束曝光①光学曝光－紫外，深紫外ⅰ）光源：高压汞灯：紫外(UV），300－450nm。准分子激

4、光：深紫外(DUV），180nm～330nm。KrF：λ=248nm；ArF：λ=193nm；F2：λ=157nm。8.1光刻工艺流程8.1光刻工艺流程ⅱ）曝光方式a.接触式：硅片与光刻版紧密接触。b.接近式：硅片与光刻版保持5-50μm间距。c.投影式：利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上8.1光刻工艺流程②电子束曝光：λ＝几十－100Å；优点：分辨率高；不需光刻版（直写式）；缺点：产量低；③X射线曝光λ＝2-40Å，软X射线；X射线曝光的特点：分辨率高，产量大。8.1光刻工艺流程8.1.

5、4显影①作用：将未感光的负胶或感光的正胶溶解去除，显现出所需的图形。②显影液：专用正胶显影液：含水的碱性显影液，如KOH、TMAH(四甲基氢氧化胺水溶液)，等。负胶显影液：有机溶剂，如丙酮、甲苯等。例，KPR（负胶）的显影液：丁酮－最理想；甲苯－图形清晰度稍差；三氯乙烯－毒性大。8.1光刻工艺流程③影响显影效果的主要因素：ⅰ）曝光时间；ⅱ）前烘的温度与时间；ⅲ）胶膜的厚度；ⅳ）显影液的浓度；ⅴ）显影液的温度；④显影时间适当t太短：可能留下光刻胶薄层→阻挡腐蚀SiO2(金属）→氧化层“小岛”。t太

6、长：光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶→图形边缘破坏。8.1光刻工艺流程8.1.5坚膜①作用：使软化、膨胀的胶膜与硅片粘附更牢；增加胶膜的抗蚀能力。②方法ⅰ）恒温烘箱：180－200℃，30min；ⅱ）红外灯：照射10min，距离6cm。③温度与时间ⅰ）坚膜不足：腐蚀时易浮胶，易侧蚀；ⅱ）坚膜过度：胶膜热膨胀→翘曲、剥落→腐蚀时易浮胶或钻蚀。若T>300℃：光刻胶分解，失去抗蚀能力。8.1光刻工艺流程8.1.6腐蚀（刻蚀）①对腐蚀液（气体）的要求：既能腐蚀掉裸露的SiO2（金属），又不损伤光刻胶。②腐

7、蚀的方法ⅰ）湿法腐蚀：腐蚀剂是化学溶液。特点：各向同性腐蚀。ⅱ)干法腐蚀：腐蚀剂是活性气体，如等离子体。特点：分辨率高；各向异性强。8.1光刻工艺流程8.1.7去胶①湿法去胶无机溶液去胶：H2SO4（负胶）；有机溶液去胶：丙酮（正胶）；②干法去胶：O2等离子体；8.2分辨率分辨率R－表征光刻精度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L（线条间隔也L），则R＝1/(2L)(mm-1)1.影响R的主要因素：①曝光系统（光刻机）：X射线（电子束）的

8、R高于紫外光。②光刻胶：正胶的R高于负胶；③其他：掩模版、衬底、显影、工艺、操作者等。表1影响光刻工艺效果的一些参数8.2分辨率2.衍射对R的限制设一任意粒子（光子、电子），根据不确定关系，有ΔLΔp≥h粒子束动量的最大变化为Δp=2p，相应地若ΔL为线宽，即为最细线宽，则最高分辨率①对光子：p=h/λ，故。上式物理含义：光的衍射限制了线宽≥λ/2。最高分辨率：②对电子、离子：具有波粒二象性（德布罗意波），则，最细线宽：a.E给定：m↑→ΔL↓→R↑，即R离子>R电子b.m给定：E↑→ΔL↓→R