微电子概论（第3版）课件3-3A-光刻与刻蚀工艺

目录1．光刻与刻蚀3.3光刻与刻蚀工艺2．光刻与刻蚀工艺过程3．表征光刻水平的参数4．光刻工艺面临的挑战与技术进步1．光刻与刻蚀(1)光刻与刻蚀的作用(a)光刻通过光化学反应，将光刻版上的图形转移到光刻胶上。(b)刻蚀通过腐蚀，将光刻胶上图形完整地转移到Si片上。(c)光刻与刻蚀的作用通过光刻和刻蚀工艺实现的选择掺杂是平面工艺的基础。表征集成电路工艺水平高低的工艺节点划分也主要取决于光刻和刻蚀工艺能够生成多细的线条以及多窄的间距。1．光刻与刻蚀(1)光刻与刻蚀的作用说明：集成电路发展早期，刻蚀作为光刻工艺过程中的一步，通常称为光刻工序。随着工艺技术的发展以及光刻与刻蚀对集成电路制备所起的越来越关键的作用，目前划分集成电路制造流程时将光刻与刻蚀划为两个单独的工序。有时又分别称为“光刻曝光”与“刻蚀”1．光刻与刻蚀(2)光刻基本原理光刻原理与传统的洗像原理相同：通过光照使得光敏的光刻胶发生光化学反应，结合刻蚀方法在各种薄膜上(如SiO2等绝缘膜和各种金属膜)制备出合乎要求的图形，以实现选择掺杂、形成金属电极和布线等目的。光刻版2．光刻与刻蚀工艺过程下面以SiO2层为例，采用常规光刻和刻蚀工艺刻蚀出一定形状的窗口，说明工艺的基本过程。刻蚀出窗口(1)涂敷光刻胶（涂胶）与前烘将表面已生长有SiO2薄膜的硅片吸附在均胶台上，再将光刻胶滴在硅片上，然后使硅片高速自旋转转，在离心力和胶表面张力共同作用下，在硅片表面形成一层厚度一定而且均匀的胶层。涂胶后将涂好胶的硅片放于70℃左右温度下烘几分钟，使光刻胶中溶剂缓慢、充分地挥发掉，保持光刻胶干燥，称之为“前烘”。前烘方法可采用红外线加热或热板。2．光刻与刻蚀工艺过程(1)涂敷光刻胶（涂胶）与前烘说明：关于“正胶”与“负胶”光刻胶是一种高分子有机化合物，受特定波长光线的照射后，光刻胶的化学结构将发生变化。如果在显影时胶层中受光照的区域胶被保留，未爆光的胶被除去，则称之为负性胶。本例中在氧化层上刻蚀一个窗口，因此应该采用负性胶。反之，如果光刻胶受光照的区域在显影时容易除去，称之为正性胶。刻蚀金属互连线时，需保留版图上图形对应的金属层，应采用正性胶。2．光刻与刻蚀工艺过程(2)曝光2．光刻与刻蚀工艺过程将光刻版（又称为掩膜版）放在光刻胶层上，然后用一定波长的紫外光照射。(2)曝光2．光刻与刻蚀工艺过程将光刻版（又称为掩膜版）放在光刻胶层上，然后用一定波长的紫外光照射。光刻版上没有图形的部分为透明区域，紫外光透过这部分区域照射到光刻胶层，使光刻胶发生光化学反应。(2)曝光2．光刻与刻蚀工艺过程若不是第一次光刻图形，应保证本次光刻图形与硅片上已有的前几次光刻图形间的套准因此这步操作又称为对准曝光。(3)显影经过爆光后的光刻胶中受到光照的部分因发生光化学反应，大大地改变了这部分光刻胶在显影液中的溶解度。对采用负性胶的情况，未受光照的那部分光刻胶在显影中被溶解掉，这样掩膜版上的图形就转移到了光刻胶层上。2．光刻与刻蚀工艺过程(3)显影经过爆光后的光刻胶中受到光照的部分因发生光化学反应，大大地改变了这部分光刻胶在显影液中的溶解度。对采用负性胶的情况，未受光照的那部分光刻胶在显影中被溶解掉，这样掩膜版上的图形就转移到了光刻胶层上。2．光刻与刻蚀工艺过程(4)坚膜与腐蚀为了去除显影后胶层内残留的溶剂，使显影后的胶膜进一步变硬并使其与SiO2层更好地黏附，增强其耐腐蚀性能，将显影后的硅片放在150～200℃温度下烘焙20～40min，称之为“坚膜”。坚膜后，对硅片进行腐蚀处理。由于在SiO2层上方留下的胶膜具有抗腐蚀性能，所以腐蚀时只是将没有胶膜保护的二氧化硅部分腐蚀掉，这样掩膜版上的图形就转移到了二氧化硅层上，在氧化层上刻蚀出窗口。2．光刻与刻蚀工艺过程(4)坚膜与腐蚀为了去除显影后胶层内残留的溶剂，使显影后的胶膜进一步变硬并使其与SiO2层更好地黏附，增强其耐腐蚀性能，将显影后的硅片放在150～200℃温度下烘焙20～40min，称之为“坚膜”。坚膜后，对硅片进行腐蚀处理。由于在SiO2层上方留下的胶膜具有抗腐蚀性能，所以腐蚀时只是将没有胶膜保护的二氧化硅部分腐蚀掉，这样掩膜版上的图形就转移到了二氧化硅层上，在氧化层上刻蚀出窗口。2．光刻与刻蚀工艺过程(5)去胶腐蚀完成后，就在SiO2层上刻蚀出需要的图形，这时再采用去胶方法去除掉留在SiO2层上的胶层。2．光刻与刻蚀工艺过程(5)去胶腐蚀完成后，就在SiO2层上刻蚀出需要的图形，这时再采用去胶方法去除掉留在SiO2层上的胶层。去胶分湿法和干法两种。2．光刻与刻蚀工艺过程对非金属膜（如SiO