掩模制作技术.doc

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1、掩模制作技术掩模制作技术掩模制作技术是半导体工艺技术屮制作光刻工艺用的光复印掩蔽模版的技术，亦称制版技术。掩模制作半导体集成电路制作过程通常需要经过多次光刻工艺，在半导体晶体表面的介质层上开衢各种掺杂窗口、电极接触孔或在导电层上刻蚀金属互连图形。光刻T艺需要一•整套（几块多至十几块）相互间能精确套准的、具有特定几何图形的光复印掩蔽模版，简称光掩模版。光掩模版是光刻工艺屮复卬光致抗蚀掩蔽层的“卬相底片”。随着人规模集成电路工艺技术的迅速发展，对光掩模版的质量，包括各种掩模精度、缺陷密度和掩模版的耐用性能等都提出了极高的要求。以

2、64千位MOS存储器光掩模版为例，每个芯片单元有效血积0.22〜0・28厘米2内含约15万个元件、器件;最细的线宽约2〜3微米;套刻精度约±0.5〜±1微米;掩模版的分步重复精度、定位精度等都必须控制在±0.1〜±0.25微米范囤以内。此外，光掩模版的随机缺陷密度对芯片成品率的影响，将满足博塞-爱因斯坦分布，即芯片成品率随着单元右效血积的增人或随机缺陷密度的增人而按负指数关系急剧下降。据推算，若要达到95%以上的成品率，掩模版的缺陷密度必须控制在每平方厘米0.175个以下。如果缺陷密度增人到每平方厘米1.25个，则成品率因缺

3、陷的直接影响会下降到65%以下。因此，光掩模版质量的优劣百接影响光刻T艺的质量，从而影响半导体器件或集成电路的电学性能、可靠性和芯片成品率。光掩模制作技术人体上可分为传统的刻图缩微制版技术系统、计算机辅助设计、光学图形发生器自动制版技术系统和以电子束扫描成像为代表的各种短波长射线成像曝光技术系统。%1刻图缩微制版技术最初是从印刷工业中的印刷制版技术移植到微电子工艺技术屮來的。制作一套光掩模版需要经过复杂的过程。首先需要根据半导体器件或集成电路电学参数的要求、工艺条件和精度的要求确定适当的放人倍率来绘制掩模原图。然后利用缩微照

4、相技术或图形发生系统制作掩模原版，亦称屮间掩模版。为了能在同一个硅片上同时制作多个电路芯片而且又便于切割成单个芯片，屮间掩模版的图形还要用具有分步重复功能的精密缩小照相机进-步缩小到实际芯片尺寸。同时，让同一图形在纵横两个方向按一定的间距重复曝光，制成含有芯片图形阵列的母掩模版。最后复印出供给生产上光刻工艺使用的工作掩模版。%1计算机辅助设计光学图形发生器制版技术系统随着半导体器件、集成电路、人规模集成电路制作技术的发展，芯片集成度越來越高，电路图形越來越复杂，加工尺寸越来越精细，遂研制成功计算机辅助制版系统和山它控制的自动

5、制图机、光学图形发生器等高精度自动制版设备，以及激光图形发生器、电子束图形发生器等新的制版设备，形成了半导体T艺技术屮所特有的高秸度光掩模制作技术体系。尤其是电子束图形发生器，具有很高的分辨率和高速扫描成像系统，不但可川于制作屮间掩模版，而且还能取代分步重复设备玄接制作岀含有芯片阵列图形的母掩模版或工作掩模版。然后，再利用各种光刻设备把光掩模图形转移到硅片表而的光致抗蚀层上。这种技术在人规模和超人规模集成电路制作丁艺屮起着越來越重要的作用。到80年代初，采用这些技术已制作出最细加工线宽为1.3〜2.5微米的256千位动态随机

6、存储器芯片，这U接近光掩模加T技术和光掩模图形转移技术的极限。%1短波长射线成像曝光技术系统为保证大规模集成电路的芯片成品率，并进一步提高集成度（如最小加丁•尺寸达亚微米级的百力位存储器芯片），已采用电子束、离子束或X射线等玄接在硅片上扫描成像的加工新技术，取代传统的光掩模图形转移技术掩模材料制备早期光掩模版材料使川印刷术11啲湿版，后来又沿用普通照相术屮的卤化银乳剂干版（亦称史罗甸T版）。后渐采用具有极高分辨率的超微粒乳胶T•版和具有良好耐磨性能的硬质倂版，以及能掩蔽紫外光而在可见光下呈半透明特性的“彩色版”等掩模材料。这

7、些掩模材料的衬底基片，都采川精选的高平整度制版玻璃。对于玻璃的缺陷密度、紫外光透过率和温度膨胀系数等都有一定的要求。半导体工艺技术屮所需的掩模材料如表。掩模版图设计根据半导体器件和集成电路电学功能和制造丁•艺的要求，按照集成电路版图设计规则在方格坐标纸上把电路图形化，设计并绘制出原始的布局布线总图。但是，随着集成度与电路复杂程度的不断提高，靠人工设计版图已-1•分困难，必须借助计算机辅助设计进行版图设计和自动布局布线。屮间掩模版制作精缩分步重复照相或缩小分步重复投影光刻。首先根据设计原始总图（视制版精度要求，通常总图要比实际

8、芯片尺寸约人100〜1000倍），利用刻图机按照光刻不同层次将所需的图形分别刻在若干张可剥离的聚酯红膜片上，并揭去不需要的部分，即制成一套掩模原图。然后，通过人型初缩机照相缩小成屮间掩模版。通常，这种屮间掩模版比实际芯片尺寸人10倍。随着集成度的提高，人工制图和刻图已不能满足要求，因而转向