半导体制造工艺_04光刻(上).ppt

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1、光刻的作用和目的图形的产生和布局1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。2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：characteristicd

2、imension）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0.13m,0.09m工艺就是指的光刻技术所能达到最小线条的工艺。3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41.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。通常以每毫米内能刻蚀出可分辨

3、的最多线条数目来表示。52.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。64.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

4、该尽量减少缺陷7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。尘埃粒子在掩模版图案上所造成的不同腐蚀的影响在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。835％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CA

5、D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9IC掩模版10空间图像潜在图像11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数字图形×4或×5投影光刻版投影式光刻×1掩膜版制作接触式、接近式光刻12电子束直写熔融石英玻璃片80nmCr10～15nmARC（anti-reflectioncoating）光刻胶高透明度（散射小）热膨胀小×4或×5投影光刻版在制版时容易

6、检查缺陷版上缺陷可以修补蒙膜(pellicle)保护防止颗粒玷污13掩模版制作过程12.Finished14成品率Y:D0:单位面积缺陷数，Ac:芯片面积，N:掩膜版层数15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邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌

7、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。16三种硅片曝光模式及系统接触式接近式投影式1:1曝光系统17步进投影式光刻机原理图10:15:11:1步进扫描光刻机18DSW－directsteponwafer19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20接触和接近式Fresnel衍射理论适用的间隔范围：最小分辨尺寸g＝10mm，＝365nm（i线）时

8、，Wmin2mm21对遮蔽式曝光，最小线宽（临界尺寸）可用下式表示其中，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。22投影式——远场衍射（Fraun