光刻工艺资料整理

1、光刻工艺资料整理上一篇 / 下一篇  2007-12-10 20:10:25 / 个人分类：光刻 查看( 121 ) / 评论( 0 ) / 评分( 0 / 0 ) 光刻工艺资料整理 概述：光刻技术是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造中是重要的经济影响因子，光刻成本占据了整个制造成本的35。光刻也是决定集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。所以说光刻系统的先进程度也就决定了光刻工程的高低。1.光刻工艺简介光刻是通过一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

2、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。光刻工艺也被称为大家熟知的Photomasking, masking, photolithography, 或microlithography。在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件（parts）的关联正确。 ZE1ER)f293920   

3、 光刻是所有四个基本工艺中最关键的。光刻确定了器件的关键尺寸。光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。图形的错位也会导致类似的不良结果。光刻工艺中的另一个问题是缺陷。光刻是高科技版本的照相术，只不过是在难以置信的微小尺寸下完成。在制程中的污染物会造成缺陷。事实上由于光刻在晶圆生产过程中要完成5层至20层或更多，所以污染问题将会放大。光刻工艺过程包括有：涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等。课程内容： 1    光刻前的准备工作1.1       

4、60;   准备要求   1.2           准备方法     1.2.1  光刻前待光刻片子置于干燥塔中          1.2.2  氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶          1.2.3 

5、; 对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧（氧化温度）          1.2.4  涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟2    涂胶2.1      涂胶的要求2.2      涂胶的方法   2.2.1   旋转涂胶法2.2.2   喷涂法   2.2.3   浸涂法

6、3     前烘3.1      前烘要求3.2      前烘的方法3.2.1   在80度烘箱中烘15分钟-20分钟3.2.2   在红外烘箱中烘3分钟-5分钟4     曝光4.1      曝光的要求4.2      曝光的方法5   

7、60; 显影5.1      显影的要求5.2      显影的方法6     坚膜6.1      坚膜的要求6.2      坚膜的方法6.2.1   置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右6.2.2   置于红外烘箱中烘10分钟左右7     腐蚀 7.1 &#

8、160;    腐蚀的要求7.2      腐蚀的方法7.2.1   腐蚀二氧化硅的方法7.2.2   腐蚀铝电极的方法8     去胶8.1      去胶的要求8.2      去胶的方法课程重点：本节介绍了光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求。指出光刻工艺步骤可分为八步，每一步均有各自的工艺要求。第一步为光刻前的准备工作，该工艺步骤要求

9、达到的目的是使衬底片表面具有干燥、疏水特性，并给出了各种待光刻衬底片的表面处理方法。第二步为涂胶工艺，该工艺步骤要求达到的目的是在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜，介绍了三种涂胶工艺的方法 。第三步为前烘工艺，该工艺步骤要求达到的目的是使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干燥、以利于光化反应时反应充分，并给出了两种前烘的工艺方法。第四步为曝光工艺，该工艺步骤要求达到的目的是使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变，介绍了常见的紫外光光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法。 第五步为显影工艺，该工艺步骤要求达到的目的是在显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分（

10、对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正性光刻胶溶除已曝光部分），各类胶的显影在本章第一节已作了介绍。第六步为坚膜工艺，该工艺步骤要求达到的目的是去除在显影过程中进入胶膜中的水分（显影液）、 使 保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附，介绍了两种坚膜工艺方法。第七步为腐蚀工艺，该工艺步骤要求达到的目的是去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层，给出了腐蚀常见的两种薄膜层的方法、腐蚀二氧化硅时采用氢氟酸缓冲液进行腐蚀（ 腐蚀条件是：在温度30度 -40度下 ， 时间适当）、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀（腐蚀条件是：在温度80度下 ， 时间适当）。第八步为去胶工艺，  该工艺步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用

11、的胶膜，去胶工艺在本章第一节已作了介绍。             基本要求：要求对光刻工艺及对各光刻工艺步骤的要求非常清楚。清楚光刻前的准备工作的目的和要求，知道能使衬底片表面具有干燥、疏水特性的各种方法，了解这些方法中的优劣状况 ，能采用适当方法对衬底片表面进行处理。清楚涂胶工艺的目的和要求，知道能在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜的各种方法，能在工艺制造中选择适当的方法。清楚前烘工艺的目的和要求，知道能使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干燥、以利

12、于光化反应时反应充分的各种方法，能在工艺制造中选择适当的方法。清楚曝光工艺的目的和要求，知道能使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变的方法，知道曝光工艺的工艺设备、常见的用紫外光光刻机进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法。清楚显影工艺的目的和要求，知道能对各种胶膜进行显影的不同方法，能在工艺制造中选择适当的方法。清楚坚膜工艺的目的和要求，知道能去除在显影过程中进入胶膜中的水分（显影液）、 使 保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附各种方法，能在工艺制造中选择适当的方法。清楚腐蚀工艺的目的和要求，知道能去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层各种方法（对不同的衬底表面薄膜层的腐蚀，采用不同的腐蚀液和不同

13、的腐蚀工艺），能在工艺制造中对不同的衬底表面薄膜层选择适当的腐蚀方法。清楚去胶工艺的目的和要求，知道能去除腐蚀时起保护作用的胶膜各种工艺方法，能在工艺制造中对应不同衬底表面薄膜层的性质选择适当的去胶方法。注意事项：其中前烘的温度和时间需要严格控制，温度过高，时间太长，易造成显影困难；温度低，时间短，易造成浮胶，针孔或图形变形。坚膜的温度和时间控制也同样重要。鉴于CCD结构中，多晶硅条细且长，又密集，显影通常采用动态显影法，该法较易去掉胶渣，免得胶渣残留在多晶硅条中，引起连条。腐蚀在光刻中是十分重要的一环，光刻精度的提高在某种程度来说只有在腐蚀时才付诸实现的，而腐蚀质量的优劣直接影响着图形的分辨

14、率和精确度。 2.光刻三要素光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机（1）光刻胶光刻胶，又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：分辨率差，适于加工线宽3光刻开始于一种称作光刻胶的感光性液体的应用。图形能被映射到光刻胶上，然后用一个developer（显影剂）就能做出需要的模板图案。光刻胶溶液通常被旋转式滴入wafer。如图2.5所示，wafer被装到一个每分钟能转几千转的转盘上。几滴光刻胶溶液就被滴到旋转

15、中的wafer的中心，离心力把溶液甩到表面的所有地方。光刻胶溶液黏着在wafer上形成一层均匀的薄膜。多余的溶液从旋转中的wafer上被甩掉。薄膜在几秒钟之内就缩到它最终的厚度，溶剂很快就蒸发掉了，wafer上就留下了一薄层光刻胶。最后通过烘焙去掉最后剩下的溶剂并使光刻胶变硬以便后续处理。镀过膜的wafer对特定波成的光线很敏感，特别是紫外（UV）线。相对来说他们仍旧对其他波长的，包括红，橙和黄光不太敏感。所以大多数光刻车间有特殊的黄光系统。0O5C%c&7Si2939206Sv&T4pSi VO4u293920基本的光刻胶根据它在曝光时不同的化学反应分为两种。Negative

16、 resist（负胶）在UV光线下聚合。未曝光的negative resist 仍旧可以溶于某种溶剂，而聚合的光刻胶变得不可溶解。当wafer浸入溶液时，未曝光区就被溶解了，曝光区保持原样。另一种，positive resist（正胶）在UV光线下化学分解。这些resists通常不溶解于developing溶液，但是曝光过的部分化学上已经变得可溶解了。当wafer浸入溶液后，曝光区会被冲洗掉，而未曝光区保持原样。Negative resist在development时可能会膨胀，所以工艺工程师通常喜欢用positive resists。（2）掩膜版在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图

17、到wafer制造中间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。VM.iSN293920    光掩膜除了应用于芯片制造外，还广泛的应用与像LCD，PCB等方面。常见的光掩膜的种类有四种，铬版(chrome)、干版，凸版、液体凸版。主要分两个组成部分，基板和不透光材料。基板通常是高纯度，低反射率，低热膨胀系数的石英玻璃。铬版的不透光层是通过溅射的方法镀在玻璃下方厚约0.1um的铬层。铬的硬度比玻璃略小，虽不易受损但有可能被玻璃所伤害。应用于芯片制造的光掩膜为高敏感度的铬版。干版涂

18、附的乳胶，硬度小且易吸附灰尘，不过干版还有包膜和超微颗粒干版，其中后者可以应用于芯片制造。(顺便提一下，通常讲的菲林即film，底片或胶片的意思，感光为微小晶体颗粒)。半导体技术天地'UH/p6C Bf(C1v    在刻画时，采用步进机刻画(stepper)，其中有电子束和激光之分，激光束直接在涂有铬层的玻璃板上刻画，边缘起点5mm，与电子束相比，其弧形更逼真，线宽与间距更小。半导体技术天地PKBd'B1U/G:zY|)p    光掩膜有掩膜原版(reticle mask，也有称为中间掩膜，reticle作为单位译为

19、光栅)，用步进机重复将比例缩小到master maks上，应用到实际曝光中的为工作掩膜(working mask)，工作掩膜由master mask复制过来。1K:p,c89F)s:F |_f293920    以下是具体的制造流程和检测流程：,q+c3G/ud5ph2939201，数据转换  将如GDSII版图格式分层，运算，格式转换为设备所知的数据形式。2，图形产生  通过电子束或激光进行图形曝光。J7c2kn:| OQ!A2939203，光阻显影  曝光多余图形，以便进行蚀刻。;E;?LFK2939

20、204，铬层刻蚀  对铬层进行刻蚀，保留图形。t pw/P)yI2939205，去除光阻  去除多余光刻胶。4x9 R1fS.q2939206，尺寸测量  测量关键尺寸和检测图形定位。v0o+hw1X4v2939207，初始清洗  清洗并检测作为准备。s8mR)d6O+x:qo2939208，缺陷检测  检测针孔或残余未蚀刻尽的图形半导体技术天地5J'y%ZgJftm1O9，缺陷补偿  对缺陷进行修补。H i8c/C Bp1VT29392010， 再次清洗&

21、#160; 清洗为加蒙版作准备半导体技术天地9q%v3yO&r&Ept_11， 加附蒙版  蒙版(pellicle)加在主体之上，这防止灰尘的吸附及伤害。q0X8qrig7I29392012， 最后检查  对光掩膜作最后检测工作，以确保光罩的正确。H#P1zk9n)X*l293920    光掩膜的基本检查大体有：基板，名称，版别，图形，排列，膜层关系，伤痕，图形边缘，微小尺寸， 绝对尺寸，缺欠检查等。半导体技术天地9_A!*m L| r;s3R   

22、; 对于数据处理主要来自于工艺上的要求，在图形处理上有：c+vH:myl.r4g%2939201，直接对应  光掩膜直接对应到版图的一层，如金属层。半导体技术天地hU p;Y9l(e9_O2，逻辑运算  光刻图形可能由1层或多层版图层逻辑运算而来。比如定义pplus与nplus互补，如果只有pplus，nplus将由pplus进行逻辑非的运算得来。在实际处理中以反转的形式实现。不过值得注意的是，在进行某些逻辑运算时，图层的顺序十分重要。与反转运算结合进，运算的先后顺序也很重要。h i|nvH4W2939203，图形涨缩  即进行size操作，比

23、如gate处的注入层，从gate size放大而来。#d$KR(d*HH'g I293920    完整的光掩膜图形中，除了对应电路的图形外，还包括一些辅助图形或测试图形，常见的有：游标，光刻对准图形，曝光量控制图形，测试键图形，光学对准目标图形，划片槽图形，和其他名称，版别等LOGO（标志）。光罩/光刻掩膜版检测（Retical检查）：光罩是高精密度的石英平板，是用来制作晶圆上电子电路图像，以利集成电路的制作。光罩必须是完美无缺，才能呈现完整的电路图像，否则不完整的图像会被复制到晶圆上。光罩检测机台则是结合影像扫描技术与先进的影像处理技术，捕捉图像上的缺

24、失。 当晶圆从一个制程往下个制程进行时，图案晶圆检测系统可用来检测出晶圆上是否有瑕疵包括有微尘粒子、断线、短路、以及其它各式各样的问题。此外，对已印有电路图案的图案晶圆成品而言，则需要进行深亚微米范围之瑕疵检测。 一般来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来的光线，并将该影像交由高功能软件进行底层图案消除，以辨识并发现瑕疵。（3）光刻机  曝光工具，光刻工程的核心部分,其造价昂贵.号称世界上最精密的仪器,目前世界是已有7000万美金的光刻机。现代光刻依靠的一种类似于放大照片底片的投影印刷。图2.6 是简化的曝光过程。透镜系统校准一

25、个强UV光源，称为光罩的金属盘子会挡住光线。UV光穿过光罩中透明的部分和另外的透镜在wafer上形成图像。图2.6中的仪器叫做aligner，因为她必须保证mask的图像和已存在的wafer上的图案精确对准。作为光罩底层的透明版图必须在尺寸上很稳定，否则它投影的图案和先前其他MASK投影的图案就不会对齐了。这些板子通常是含有fused silica（通常被误认为是石英）。在plate的表面上了一薄层金属后，用任何一种不同的但高精度但是很慢很费钱的方法制造光罩。光罩上的图形通常是投影到wafer上的图形的5或10倍。照相微缩把光罩上的缺陷或无规律的尺寸缩小了，所以提高了最后图像的质量。这种放大的

26、光罩根据放大的度数不同叫做5X或10X reticle。Reticle能用来直接在wafer上形成图案，但这么做有机械困难。Aligner能接受的光罩尺寸被机械方面比如不容易制造所需精度的大透镜所限制了。结果，大多数商业aligners用的是和wafer同尺寸的光罩。一次就能在整个wafer上形成图案的5X reticle是wafer尺寸的5倍，所以它也装不到aligner里。实用的5X或10X reticles仅仅是用来在最终的wafer图像上曝光一个小矩形部分的。为了在整个wafer上复制图案，这个reticle必须沿着wafer逐步调整并在不同的位置曝光。这个工艺叫做stepping，用

27、来step reticle的aligner叫做stepper。Stepper比普通的aligners慢且更造价高昂。也有一种用来制造尺寸要求不特别精确的集成电路的比较快的曝光方法。Reticle是在另一块光罩而不是wafer上step的。这块光罩现在有了所需图案的1X图像。最后的光罩，叫做stepped working plate，能在整个wafer上一次整体曝光。Stepped working plates使得光刻更快费用更低廉，但是效果不如直接在wafer上stepping retilce精确。即使最小的灰尘斑点也已经大到能堵住一部分图像的传输而毁掉至少一块集成电路。在wafer fab里特别的空气过滤技术和保护性工作服都已普遍使用，但是仍旧会有一些灰尘避过这些防范措施。光罩的一边或两边通常都装有薄膜防止曝光中灰尘的干扰。透明的塑料薄膜装在环形的spacers上，它紧紧的贴在mask的表面。穿过薄膜的光线没有被聚焦，所以薄膜上的微粒不会出现在投影的图像上。薄膜也密封了mask的表面使它不受灰尘影响。3.主要指标分辨率W（resolution）-> 光刻系统所能分辨和加工的最小线条尺寸 0r1e7lOR0Rn5DS&