光学光刻掩膜版论文黄武 20114912

IC制备中光刻制版技术及原理

姓名：黄武20114912 班级：电子信息特色实验班指导老师：张玲

1制版概述

信息产业是国民经济的先导产业，微电子技术更是信息产业的核心。由1906年的电子管开始，到1956年硅台面晶体管问世，再到1960年世界第一块硅集成电路制作成功，此后集成电路的发展一发不可收拾，小规模集成电路（SSI）中规模集成电路(MSI)，大规模集成电路(LSI)，超大规模集成电路(VLSI)，甚大，巨大规模集成电路(ULSI,GLSI)。这几十年以来集成电路的发展趋势是尺寸越来越小，速度越来越快，电路规模越来越大，功能越来越强，衬底硅片尺寸越来越大。这些都是大规模与超大规模集成电路的小型化、高速、低成本、高效率生产等特点所带来的结果。集成电路在近年也已广泛应用于家用电器，汽车配件，航天航空，军事武器制导等等。为了达到集成电路的量产以减小成本，IC制版技术就显得十分重要了。

1.1制版的意义

制版就是制作光刻的掩膜版。平面管、集成电路和采用平面工艺的其他半导体器件，都要用光刻技术来进行定域扩扩散与沉积，以获得一定形状的二极管、三极管和一定数值的电感、电容。掩膜版在光刻过程中相当于印刷中的模板，它可以重复不断的协助我们将所需要的集成电路刻制出来。因此掩膜版是光刻制程中的一个基本工具。目前世界上的集成电路工业突飞猛进的发展，硅基CMOS 的特征线宽已达到0.18微米，并向着0.1微米和压0.1微米推进。随着设计线宽

的缩小，光刻技术也必须随之而发展，而光刻技术的发展需要高水平的掩膜版才能得以实现。此外集成电路管芯成品率与掩膜版的好坏有着直接的关系。一个成品合格管芯制备需要一套掩膜版的。若每块掩膜版上图形成品率为0.9 ，那么两块掩膜版就是有0.81，十块掩膜版就是0.35左右，集成电路管芯的成品率比图形成品率还低。可见光刻掩膜版的质量直接影响光刻影像的好坏，从而影响成品率。

1.2 掩膜版制作流程

1.3掩膜版的基本构造与质量要求

目前掩膜版以石英玻璃为主流，在其上镀有100nm 的不透光铬膜及约20nm 的氧化铬来减少反射，以增加工艺的稳定性。掩膜版上无铬膜的地方可以通过光线，有铬膜的地方光线就不可以通过。也正由于掩膜版可用于大量的图形转移，所以掩膜版上的缺陷密度直接影响产品的优品率。若假设缺点的分布是随机的，则优品率的表达式为:

Y=（1/(1+D0)）^ n

D0 为单位面积的缺点数

A 为掩膜版圆形面积

n 为重要掩膜版层数

掩膜版的基本构造

2制备技术

2.1超微粒干版制备技术

目前制版工艺中普遍采用的感光底版是超微粒干版，这种感光底版具有反差强和分辨率高的特点，能满足制版工艺的需求。超微粒干版是在玻璃基片上，涂覆一层明胶作为分散介质，含有颗粒极细的卤化银晶粒的乳胶而制成的。在乳胶中，起感光作用的是卤化银颗粒，他们具有见光分解的特性，即

照相时，底片曝光就是为了进行这一光学反应，从而在底片上得到所需的潜影，曝过光的底片再经过显影和定影，就可以得到清晰可见的固定图形。超微粒干版分辨率高，并有足够高反差，是制版工艺中广为使用的感光性底版。但此技术有耐磨性较差，针孔较多的缺点。

2.2铬版制备技术

2.21简述：在半导体器件和集成电路生产中，光刻用的的金属化掩膜有硫化铅版、镍铬版、铬版、等等。其中硫化铅版牢固度很差，镍铬版、铅版虽然耐磨性能很好但是工艺不够成熟。被普遍使用的还是金属铬版。铬版工艺较为成熟，而且它还有许多优点，适合作为掩膜用于光刻。

2.22制备方法：铬版制备可以通过蒸发镀膜和光刻技术。前者是在玻璃基片上蒸发铬膜的工艺，其设备及工艺方法基本和真空蒸铝是一样的。蒸发镀膜对玻璃衬底的要求很高，它要求玻璃基片表面光泽、无突起点、凹陷划痕和气泡，版面平整，厚度适中、均匀，热膨胀系数小，且与鉻膜适配，透射率高，在360nm 以上的波长范围内，透射率在90%以上。后者用空白铬版复印光刻版的方法基本上与SiO2 的刻蚀方法一样。记载空白铬版上涂上一层光刻胶，然后进行曝光、显影、腐蚀等一系列光刻工艺。

2.23优劣：铬版的优点是耐磨性强，分辨率高，且牢固，对有机溶剂的抗蚀性能好，性状稳定，但是它也有易于反光，不宜对准和针孔较多等缺点。

2.3氧化铁版制备技术

2.31简述：制版工艺是半导体器件和集成电路工艺的先导，半导体器件、集成电路、特别是大面积集成电路制造工艺对光刻掩膜提出了更高的要求，它要求光刻掩膜分辨率高，针孔少、耐磨性强而且易于对准等特点。为了适应此要求，彩色版应运而生。它是透明雨半透明掩膜的制造，是半导体制造技术中的一种新工艺。彩色版最主要的特点是对曝光光源波长（紫外线400-20nm）不透明，而对观察波源波长（400-800nm）透明的一种光刻掩膜。即此膜对可见光可以透过，对紫外线不能透过。故光刻图形有、易于对准，且可以起到掩膜的作用。

2.32制备方法：氧化铁版的制备方法，主要有三种：化学气象沉积法（CVD）,

涂敷法和反应溅射法。化学气象沉积法（CVD）是目前广泛采用的方法，设备和方法都十分简单。整个系统方法与硅烧法低温沉积二氧化硅很相似，甚至还简单些，加热温度也低得多，容易上马。用CVD 制备的优点是氧化铁致密，针孔小，腐蚀性能好，反光小易于对准，而且工艺比较简单，是目前制备制备氧化铁版的各种方法红质量最好的.但是此法中易产生Fe(CO)5,T它挥发性强，易积聚在低层空气中，引起呼吸道中毒。涂敷法则采取聚乙烯二茂铁为原料，解决了五羟基铁的毒害问题，也解决了大面积制版的问题。而且采用聚乙烯二茂铁可解决电子束直接曝光以代替激光扫描，因为电子束扫描比激光扫描技术更成熟。反应溅射法是在CO+CO2或Ar+CO2或Ar+O2气氛中，通过热压制的氧化铁或冷轧钢构成的电极，用射频或直流溅射法制备氧化铁版。

2.33 氧化铁版的优点：

氧化铁版由于吸收不需要的光，因而克服了光晕效应，加强了对反射衬底的对比度，有利于精细线条的光刻。

通过抗磨实验，用金刚石钢针以不变的速度刻画磨痕，然后用多重射线干涉技术测量技术来测量产生的刻痕深度。可以得到它是比较耐刻痕的掩膜材料。

氧化铁的结构致密且是无定型的，针孔少。

复印腐蚀特性比较好，在一定程度上减少了掩膜缺陷。