复旦集成电路工艺课件-05

集成电路工艺原理

仇志军zjqiu@邯郸校区物理楼435室1上节课主要内容基于衍射理论的光刻原理投影式（远场衍射）：分辨率、焦深、MTF、不相干度S接触/接近式（近场衍射）:最小尺寸光刻胶：正胶/负胶光刻胶的组成i线/g线（PAC）DUV（PAG）掩模版制作光刻机工作模式：接触式，接近式，投影式（扫描式，步进式，步进扫描式）2大纲第一章前言第二章晶体生长第三章实验室净化及硅片清洗第四章光刻第五章热氧化第六章热扩散第七章离子注入第八章薄膜淀积第九章刻蚀第十章后端工艺与集成第十一章未来趋势与挑战3光刻胶的表征参数：1、对比度：胶区分亮区和暗区的能力mJ/cm2=mW/cm2×sec4对比度:Df即灵敏度注意：g线和i线胶那样是靠光子一个一个曝光的，DUV胶不是。DUV胶一旦反应开始，则会在催化作用下，使反应进行到底。所以DUV胶从未曝光状态到完全曝光状态的转变更为陡峭，即对比度更大。一般，g线和i线胶的对比度在2～3，而DUV胶的对比度为5～10。依赖于工艺参数，如：显影液、前烘时间、曝光后及坚膜的温度，光源波长和硅片的表面形貌等5空间图像与光刻胶对比度结合，直接决定潜像的质量CMTFMTF，胶才能分辨空间图形g线和i线胶CMTF0.4，DUV胶为0.1～0.2。作业2、临界调制传递函数CMTF(criticalmodulationtransferfunction)：胶分辨图形所需的最小光学传递函数MTF。局部曝光区域决定图形的陡直度f6光刻胶的一些问题1、由于硅片表面高低起伏，可能造成曝光不足或过曝光。线条宽度改变！72、下层反射造成驻波，下层散射降低图像分辨率。DUV胶—>ARCg线和i线胶—>使用添加剂，吸光并降低反射，曝光后显影前的烘烤也有利于缓解其驻波现象。8驻波对于光刻图形的影响9光刻步骤简述前烘对准及曝光坚膜曝光后烘10光刻步骤详述硅片增粘处理高温烘培增粘剂处理：六甲基二硅胺烷（HMDS）匀胶机涂胶：3000～6000rpm，0.5~1mm前烘：10～30min，90～100C热板去除光刻胶中的溶剂，改善胶与衬底的粘附性，增加抗蚀性，防止显影时浮胶和钻蚀。11硅片对准，曝光每个视场对准曝光强度150mJ/cm2曝光后烘烤（PEB）：10min，100C显影：30～60s浸泡显影或喷雾显影干法显影AlignmentmarkPreviouspattern12坚膜：10～30min，100～140C去除残余溶剂、显影时胶膜所吸收的显影液和残留水分，改善光刻胶的粘附性和抗蚀能力显影检查：缺陷、玷污、关键尺寸、对准精度等，不合格则去胶返工。13Stepper&ScanSystemCanonFPA-4000ES1:248nm,8”wafer×80/hr,fieldview:25mm×33mm,alignment:70nm,NA:0.63,OAI透镜成本下降、性能提升视场大尺寸控制更好变形小14图形转移——刻蚀15图形转移——剥离（lift-off）16去胶溶剂去胶（strip）：Piranha(H2SO4:H2O2)。正胶：丙酮氧化去胶450CO2+胶CO2+H2O等离子去胶（Oxygenplasmaashing）高频电场O2电离O－＋O＋O＋活性基与胶反应CO2，CO，H2O。干法去胶（Ash)17光源NGL:X射线(5Å)，电子束(0.62Å)，离子束(0.12Å)光源波长(nm)术语技术节点汞灯436g线>0.5mm汞灯365i线0.5/0.35mmKrF(激光)248DUV0.25/0.13mmArF(激光)193193DUV90/65…32nmF2(激光)157VUVCaF2lenses激光激发Xe等离子体13.5EUVReflectivemirrors1、Usinglightsourcewithshorterl提高分辨率的方法18248nm157nm13.5nm193nm192、Reducingresolutionfactork1PhaseShiftMaskPatterndependent

k1canbereducedbyupto40%NormalMask1.相移掩模技术PSM(phaseshiftmask)附加材料造成光学路迳差异，达到反相20AlternatingPSMAttenuatedPSM……相移技术提高图形分辨率选择性腐蚀石英基板造成光学路迳差异，达到反相i~e2212.光学光刻分辨率增强技术(RET)

光学临近修正OPC(opticalproximitycorrection)在光刻版上进行图形修正，来补偿衍射带来的光刻图形变形22OPC实例233、离轴照明技术OAI(off-axisillumination)可以减小对分辨率的限制、增加成像的焦深且提高了MTF24OAI的原理例如：当1＝NA（1＋S）时，R可以提高1倍！25实现方式：环形照明四极照明两极照明实现与传统照明方式相同的分辨率，可以用较小NA，所以焦深可以增加在投影曝光系统中，掩模图形的空间像的对比度（MTF）依赖于投影物镜中参与成像的1级以上衍射光的比例。由于收集了较多高频信号，离轴照明技术通过降低成像光束中的低频成分来提高高频成分在总光强中的比例，从而提高了空间像的对比度。26Maskdesignandresistprocessl

[nm]k14360.83650.62480.3-0.41930.3-0.4Resistchemistry436,365nm:Photo-Active-Component(PAC)248,193nm:Photo-Acid-Generator(PAG)Contrast436,365nm:=2-3,(Qf/Q02.5)248,193nm:=5-10(Qf/Q01.3)4、光刻胶对比度改进27Lensfabricationl

[nm]NA4360.15-0.453650.35-0.602480.35-0.821930.60-0.93StateoftheArt:l=193nm,k1=0.3,NA=0.93R60nm=1.36R40nmNumericalAperture:NA=nsinaImmersionLithographyanH2O5、增加数值孔径282945,32,22nmTechnologynodes全氟聚烷基醚油3031EUV32MinimumfeaturesizeProduction20032005200720092011TechnologyNode90nm65nm45nm32nm22nmHalfpitch[nm]110105~80~55~39LG[nm]6042~30~21~16

l=193nm

l=193nmimmersion193nmimmersionwithhighern?pitchLGP.Bai,et.al.,IEDM200533EUV（Extremeultraviolet)34反射式掩模版35NGL（nextgenerationlithography—E-Beam直写）PMMA光刻胶制作掩模版36电子束光刻问题：1）速度慢！37电子束光刻问题：2）电子散射及二次电子：线条宽>束斑真空下工作焦深大直写，无掩膜版38电子束源：热电子发射场发射光发射电子束发射后,被准直或聚焦，然后加速到

20kV束斑直径

≈100Å和离子注入类似39其它可能的下一代光刻技术纳米压印（Nanoimprint）基于材料和工艺革新的“侧墙转移”技术（Sidewall/Spacer