光刻与刻蚀工艺流程.ppt

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1、光刻概述Photolithography临时性地涂覆光刻胶到硅片上把设计图形最终转移到硅片上IC制造中最重要的工艺占用40to50%芯片制造时间决定着芯片的最小特征尺寸光刻需要高分辨率HighResolution光刻胶高光敏性HighPRSensitivity精确对准PrecisionAlignmentPhotoresist(PR)－光刻胶光敏性材料临时性地涂覆在硅片表面通过曝光转移设计图形到光刻胶上类似于照相机胶片上涂覆的光敏材料Photoresist负胶的缺点聚合物吸收显影液中的溶剂由于光刻胶膨胀而使分辨率降低其主溶剂，如二甲苯等会引起环境和安全

2、问题正胶PositivePhotoresist曝光部分可以溶解在显影液中正影（光刻胶图形与掩膜图形相同）更高分辨率（无膨胀现象）在IC制造应用更为普遍对光刻胶的要求高分辨率–ThinnerPRfilmhashighertheresolution–ThinnerPRfilm,thelowertheetchingandionimplantationresistance高抗蚀性好黏附性光刻工艺PhotolithographyProcess光刻基本步骤•涂胶Photoresistcoating•对准和曝光Alignmentandexposure•显影Deve

3、lopment光刻工序1、清洗硅片WaferClean2、预烘和底膜涂覆Pre-bakeandPrimerVapor3、光刻胶涂覆PhotoresistCoating4、前烘SoftBake5、对准Alignment6、曝光Exposure7、后烘PostExposureBake8、显影Development9、坚膜HardBake10、图形检测PatternInspection光刻1－硅片清洗目的--去除污染物、颗粒--减少针孔和其它缺陷--提高光刻胶黏附性基本步骤–化学清洗–漂洗–烘干光刻2－预烘脱水烘焙--去除圆片表面的潮气增强光刻胶与表面的黏

4、附性通常大约100°C与底胶涂覆合并进行底胶广泛使用:Hexamethyldisilazane(HMDS，六甲基乙硅氮烷)HMDS的作用：去除SiO2表面的-OH基。光刻3－涂胶SpinCoating硅圆片放置在真空卡盘上高速旋转液态光刻胶滴在圆片中心光刻胶以离心力向外扩展均匀涂覆在圆片表面设备--光刻胶旋涂机光刻胶厚度与旋转速率和粘性的关系滴胶光刻胶吸回PhotoresistSpinCoatingPhotoresistSpinCoating光刻4－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

5、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。5&6、AlignmentandExposureMostcriticalprocessforICfabricationMostexpensivetool(stepper)inanICfab.MostchallengingtechnologyDeterminestheminimumfeaturesizeCurrently0.13μmandpushin

6、gto0.09or0.065μm对准和曝光设备接触式曝光机接近式曝光机投影式曝光机步进式曝光机（Stepper）接触式曝光机设备简单分辨率：可达亚微米掩膜与圆片直接接触，掩膜寿命有限微粒污染接触式曝光机接触式曝光接近式曝光机掩膜与圆片表面有5－50μm间距优点：较长的掩膜寿命缺点：分辨率低（线宽>3um）接近式曝光机接近式曝光投影式曝光机类似于投影仪掩膜与晶圆图形1:1分辨率：～1um投影系统步进式曝光机现代IC制造中最常用的曝光工具通过曝光缩小掩膜图形以提高分辨率分辨率：0.25μm或更小设备很昂贵步进-&-重复对准/曝光曝光光源短波长高亮度（高光

7、强）稳定高压汞灯受激准分子激光器驻波效应入射光与反射光干涉周期性过曝光和欠曝光影响光刻分辨率光刻胶中的驻波效应光刻7－曝光后烘焙（后烘，PEB）机理：光刻胶分子发生热运动，过曝光和欠曝光的光刻胶分子发生重分布；作用：平衡驻波效应，提高分辨率。PEB减小驻波效应光刻8－显影(Development)显影液溶剂溶解掉光刻胶中软化部分从掩膜版转移图形到光刻胶上三个基本步骤:–显影–漂洗–干燥显影显影后剖面正常显影过显影不完全显影欠显影光刻9－坚膜（HardBake）蒸发PR中所有有机溶剂提高刻蚀和注入的抵抗力提高光刻胶和表面的黏附性聚合和使得PR更加稳定P

8、R流动填充针孔光刻胶热流动填充针孔坚膜（HardBake）热板最为常用检测后可在烘箱中坚膜坚膜温度:100到