[精品]浅谈光刻工艺

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1、《浅谈光刻工艺》匡海军（湘潭大学材料与光电物理学院09级测控技术与仪器三班，学号2009700931）摘要:光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一。光刻是通过-系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺，在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。关键词：光刻技术原理、光刻工艺过程、光刻三要素、下一代光刻技术1.光刻工艺技术原理与目的“光刻”的基木原理是利用光敏的抗蚀涂层发生光化学反应，结合刻蚀方法在各种薄膜上（如Si02等绝缘膜和各种金属膜）生成合乎要求的图形，以实现选择掺杂、形成金属电极和布线或表面钝

2、化的口的。2.光刻工艺过程一般的光刻工艺要经历硅片清洁处理（表面清洗烘干）、涂敷光刻胶（涂底、旋涂光刻胶）、前烘、对准曝光、显影、硬烘（坚膜）、腐蚀（刻蚀）、检测等工序。（a）清洁处理（表面清洗烘干）：使S102层表面清洁干燥，保证光刻胶与Si02表面有很好的粘附。为此口的，有吋需要在800°C下烘焙（最好是通氧气）以进行增粘处理。采用涂增粘剂的方法也可达到同样目的。（b）涂敷光刻胶（涂底、旋涂光刻胶）:光刻胶是-种高分子有机化合物，由光敏化合物、树脂和有机溶剂组成。加入有机溶剂是为了使光刻胶有一定的粘度,便丁在Si层表面涂敷均匀。受特定波长光线的照射后，光刻胶的化学结构将发生

3、变化。如果光刻胶受光照的区域在显影时容易除去，称之为正性胶；反之如果在显影中曝过光的胶被保留，末曝光的胶被除去，则称之为负性胶。涂敷时将光刻胶滴在硅片上，然后使硅片高速旋转，在离心力和胶表面张力（与粘度有关）共同作用下，在表面形成一层厚度一定而且均匀的胶层。（c）前烘：将涂好胶的硅片放于70°C左右温度下供lOmin,使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉，保持光刻胶干燥。常用红外线加热或热板前烘方法。（d）对准曝光：将光刻版（又称为掩模）放在光刻胶层上，然后用一定波长的紫外光照射，使光刻胶发牛光化学反应。光刻版是一种采用玻璃制作的照相底板，光刻版上的图形就是由设计人员根据集成电路功

4、能和特性耍求设计的版图图形。若不是第一次光刻图形，应保证木次光刻图形与硅片上已有的前几次光刻图形间的套准。曝光方法：冬接触式曝光、b、接近式曝光、c、投影式曝光三种。（e）显影：经过曝光后的光刻胶屮受到光照的部分因发生光化学反应，大大地改变了这部分光刻胶在显影液屮的溶解度。对采用负性胶的情况，未受光照的那部分光刻胶在显影中被溶解掉。(f)硬烘(坚膜)：由于显影时胶膜被泡软，为了去除显影后胶层内残留的溶剂，使显影后的胶膜进一步变硕并使其与Si02层更好地粘附，增强其耐腐蚀性能，要将显影后的硅片放在150—200°C温度下供焙20—40mino(g)腐蚀(刻蚀):对坚好膜的片子进行

5、腐蚀处理。由于在Si02层上方留下的胶膜具有抗腐蚀性能，所以腐蚀时只是将没有胶膜保护的二氧化硅部分腐蚀掉。目前采用的腐蚀方法有湿法腐蚀和干法腐蚀两种。(h)检测：主要是检查硅片表而的缺陷。通常将一个无缺陷得标准图形存丁电脑屮，然后用每个芯片的图形与标准相比较，出现多少不同的点，就会在硅片的defectmap屮显示多少个缺陷。3•光刻三要素：光刻胶、掩膜板和光刻机光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂(见光谱增感染料)和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液休。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光同化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的

6、溶剂处理，溶去可溶性部分。光刻胶的分类：光聚合型、光分解型、光交联型。传统光刻胶：正胶和负胶。正胶(聚异戊二烯):分辨率高，在超大规模集成电路工艺屮，一般只采用正胶。负胶(性酚醛树脂的酚醛卬醛)：分辨率差，适于加工线宽23®的线条。掩膜板(光掩模板或者光罩)，曝光过程屮的原始图形的载休，通过曝光过程，这些图形的信息将被传递到芯片上。制造芯片时用的。光刻机也就是光盘刻录机，简单说就是刻录碟片的电脑硕件4.下一代光刻技术>1.浸入式光刻技术由公式R=k*入/(NA)==k入/(n*sina),空气的折射率为1,水的折射率为1・47(相对于193nm的深紫外光而言)；所以，用水来代替

7、空气，可以提高光刻系统的数值孔径(NA,NumericalAperture),最终可以捉升分辨率。在1TRS2003版本中，增加了浸入式光刻，作为45nni节点的解决方案。近年，浸入式光刻发展非常迅猛，并获得了产业界持续发展的信心。在1TRS2005版本屮，已将浸入式光刻列为32nm其至22nm节点的可能解决方案挑战：气泡问题(WaterBubble)；温度不均匀(TemperatureEffect)o下一步发展屮的挑战在于研发高折射率的抗蚀剂、高折射率的液体和高折射率的光学材料。>2.深紫