半导体器件与工艺(8)精品PPT课件

正胶和负胶的比较
负胶的另一个问题是氧化。这是光刻胶和空气中氧气的 反应，它能使光刻胶膜厚变薄20％。而正胶没有这种属性。 正胶比负胶的成本要高，但这种高成本可以通过高良品率来抵 消。
两种类型的光刻胶的显影属性也是不同的。负胶所用的 显影剂非常容易得到，聚合和非聚合区域的可溶性有很大的不 同。在显影过程中，图形尺寸相对保持恒定。相对于正胶来讲， 聚合区域和非聚合区域的可溶性区别较小，它需要用仔细准备 过的显影剂来显影，并且在显影过程中要进行温度控制。
光刻工艺
■脱水烘焙 干燥的表面称做憎水性表面，在憎水性表面上液体会形成
小滴。憎水性表面有益于光刻胶的粘贴。有两个重要的方法来 保持憎水性表面。一是把室内湿度保持在50％以下，并且在晶 圆完成前一步工艺之后尽可能快地对晶圆进行涂胶。另一种方 法是把晶圆存储在干燥器中。在大多数光刻蚀工艺中，只用低 温烘焙。通过热板，箱式对流传导或者真空烤箱很容易完成。 ■晶圆涂底胶
半导体器件与工艺
第八章 光 刻
引言
光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序，它是 用来在晶圆表面建立图形的工艺过程。这个工艺过程的目标有 两个。首先是在晶圆表面建立尽可能接近设计规则中所要求尺 寸的图形；第二个目标是在晶圆表面正确定位图形。整个电路 图形必须被正确地定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部 分之间的相对位置也必须是正确的。最终的图形是用多个掩膜 版按照特定的顺序在晶圆表面一层一层叠加建立起来的。因为 在光刻工艺过程中的每一步都会有变化，所以对特征图形尺寸 和缺陷水平的控制是很难的。光刻操作步骤的数目之多和光刻 工艺层的数量之大，可看出光刻工艺在半导体工艺过程中是一 个主要的缺陷来源。
基本的光刻胶化学
光刻胶的组成
光刻胶会根据不同的光的波长和不同的曝光源而进行调试。 光刻胶具有特定的热流程特点，用特定的方法配制而成，与特 定的表面结合。在光刻胶里面有4种基本的成分：聚合物、溶 剂、感光剂和添加剂。
基本的光刻胶化学
■ 光敏性和对能量敏感的聚合物
对光刻胶光敏性有影响的成分是一些对光和能量敏感的特 殊聚合物。普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应, 称为光学光刻胶。还有其他光刻胶可以与X射线或者电子束反 应。当负胶被正常光照射也会发生聚合反应。为了防止意外曝 光，负胶的生产是在黄光的条件下进行的。在正胶中，聚合物 是相对不可溶的。在用适当的光能量曝光后，光刻胶转变成可 溶状态。这种反应称为光溶解反应。光刻胶中光溶解部分会在 显影工艺中用溶剂去掉。
基本的光刻胶化学
光刻胶的表现要素 光刻胶的选择是一个复杂的程序。主要的决定
因素是晶圆表面对尺寸的要求。光刻胶首先必须具 有产生所要求尺寸的能力，必须有在刻蚀过程中阻 隔刻蚀的功能。在阻隔刻蚀的作用中，保持有特定 厚度的光刻胶层中一定不能存在针孔。另外，光刻 胶必须能和晶圆表面很好地黏结，否则刻蚀后的图 形就会发生扭曲。以上连同阶梯覆盖度，都是光刻 胶的表现要素。
光刻工艺
一、表面准备
为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴，必须要进行表面 准备。这一步骤是由三个阶段来完成的：微粒清除、脱水和涂 底胶。
■微粒清除
晶圆几乎总是从一个清洁的区域来到光刻蚀区域的，例如 氧化、掺杂、化学气相淀积。然而，晶圆在存储，装载和卸载 到片匣过程中，可能会吸附到一些颗粒状污染物，而这些污染 物是必须要清除掉。根据污染的等级和工艺的需要，可以用几 种不同的微粒清除方法。
除了脱水烘焙外，晶圆还可以通过涂底胶步骤来保证它能 和光刻胶粘贴得很好。在半导体光刻蚀工艺中，底胶的作用是 从化学上把晶圆表面的水分子系在一起，因此增加了表面的附 着能力。
光刻工艺
二、涂光刻胶 涂胶工艺的目的就是在晶圆表面建立薄的、均匀
的、并且没有缺陷的光刻胶膜。一般来说，光刻胶膜 厚从0.5微米到1.5微米不等，而且它的均匀性必须要 达到只有正负0.01微米的误差。也就是说，对于1.0微 米厚的光刻胶膜只有1％的变化。涂胶工艺需防止或 是降低晶圆外边缘部分光刻胶的堆起，这种堆起会在 曝光和刻蚀过程中造成图形的变形。
引言
光刻工艺概述
光刻工艺是一种多步骤的图形转移过程。首先是在掩膜版上形成 所需要的图形，之后通过光刻工艺把所需要的图形转移到晶圆表面的 每一层。
图形转移是通过两步来完成的。首先，图形被转移到光刻胶层。 光刻胶是一种感光物质。曝光后会导致它自身性质和结构的变化。光 刻胶被曝光的部分由可溶性物质变成了非溶性物质。这种光刻胶类型 被称为负胶，这种化学变化称为聚合。通过化学溶剂（显影剂）把可 以溶解的部分去掉，在光刻胶层就会留下一个孔，这个孔就是和掩膜
版不透光的部分相对应的。
光刻蚀工艺概述
第二次图形转移是从光刻胶层到晶圆层。当刻蚀剂把晶圆 表面没有被光刻胶盖住的部分去掉的时候，图形转移就发生了。
光刻蚀工艺概述
对光有负效应的光刻胶，称为负胶。同样还有对光有正效 应的光刻胶，称为正胶。光可以改变正胶的化学结构从不可溶 到可溶。
光刻10步法
对准容差、晶圆表 面情况和光刻层数都会 影响到特定光刻工艺的 难易程度和每一步骤的 工艺。许多光刻工艺都 被定制成特定的工艺条 件。然而，大部分都是 基本光刻10步法的变化。 我们所举例的这个工艺 过程是一个亮场掩膜版 和负胶相作用的过程。成分是溶剂。溶剂使光刻胶处于液 态，并且使光刻胶能够通过旋转的方法涂在晶圆表面。
■光敏剂
化学光敏剂被添加到光刻胶中用来产生或者控制聚合物 的特定反应。光敏剂被加到光刻胶中用来限制反应光的波谱范 围或者把反应光限制到某一特定波长的光。
■添加剂
不同类型的添加剂和光刻胶混合在一起来达到特定的结果。 一些负胶包含有染色剂，它在光刻胶薄膜中用来吸收和控制光 线。正胶可能会有化学的抗溶解系统。这些添加剂可以阻止光 刻胶没有被曝光的部分在显影过程被溶解。
正胶和负胶的比较
用掩膜版和两种不同光刻 胶结合而在晶圆表面光刻得到 的尺寸是不一样的。由于光在 图形周围会有衍射，用负胶和 亮场掩膜版组合在光刻胶层上 得到的图形尺寸要比掩膜版上 的图形尺寸小。用正胶和暗场 掩膜版组合会使光刻胶层上的 图形尺寸变大。这些变化必须 在掩膜版的制作和光刻工艺的 设计过程中考虑到。换句话说， 光刻胶类型的转变需要一个全 新的光刻工艺。