光刻工艺流程

光刻工艺流程

Lithography Process

摘要：光刻技术（lithography technology)是指集成电路制造中利用光学—化学反应原理和化学，物理刻蚀法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。光刻是集成电路工艺中的关键性技术，其构想源自于印刷技术中的照相制版技术。光刻技术的发展使得图形线宽不断缩小，集成度不断提高，从而使得器件不断缩小，性能也不断提利用高。还有大面积的均匀曝光，提高了产量，质量，降低了成本。我们所知的光刻工艺的流程为：涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→刻蚀→去胶。

Abstract:Lithography technology is the manufacture of integrated circuits using optical - chemical reaction principle and chemical, physical etching method, the circuit pattern is transferred to the single crystal surface or the dielectric layer to form an effective graphics window or function graphics technology.Lithography is the key technology in integrated circuit technology, the idea originated in printing technology in the photo lithographic process. Development of lithography technology makes graphics width shrinking, integration continues to improve, so that the devices continue to shrink, the performance is also rising.There are even a large area of exposure, improve the yield, quality and reduce costs. We know lithography process flow is: Photoresist Coating → Soft bake → exposure → development →hard bake → etching → Strip Photoresist.

关键词：光刻，涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，刻蚀，去胶。

Key Words:lithography,Photoresist Coating,Soft bake,exposure,development,hard bake ,etching, Strip Photoresist.

引言：

光刻有三要素：光刻机；光刻版（掩模版）；光刻胶。光刻机是IC晶圆中最昂贵的设备，也决定了集成电路最小的特征尺寸。光刻机的种类有接触式光刻机、接近式光刻机、投影式光刻机和步进式光刻机。接触式光刻机设备简单，70年代中期前使用，分辨率只有微

米级，掩模板和硅片直接接触，使得掩膜版寿命短。接近式光刻机距硅片表面约10微米，掩膜版拥有更长的寿命，分辨率大于3μm.投影光刻机类似于投影仪，掩模与硅片之间增加一透镜，掩模与硅片1：1，分辨率大约在1微米左右。步进光刻机在IC中是最流行的，它具有高分辨率（0.25微米或以下），掩膜图形尺寸5X：10X能够得到更好的分辨率，但他的曝光时间是5X的四倍；步进光刻机的价格是最昂贵的。掩模版包含了对于整个硅片来说确定一工艺层所需的完整管芯阵列。其中的光刻胶主要由基体（树脂）、感光剂（聚乙烯醇肉桂酸脂）、溶剂（环己酮）、增感剂（5-硝基苊）等不同的材料按一定比例配制而成。其中树脂是粘合剂(Binder)，感光剂是一种光活性(Photoactivity)极强的化合物，它在光刻胶内的含量与树脂相当，两者同时溶解在溶剂中，以液态形式保存，以便于使用。光刻胶分为正胶和负胶；正胶在显影时，感光部分溶解，未感光部分不溶解；负胶显影时感光部分不溶解，不感光部分溶解。正胶的光敏度和抗腐蚀能力都大于负胶。而光刻胶的作用是在刻蚀（腐蚀）或离子注入过程中，保护被光刻胶覆盖的材料。

高分辨率，高灵敏的光刻胶，低缺陷和精密的套刻对准是ULSI对光刻的要求。要达到这样的要求就必须在光刻的每一个流程都严格把关，这里分别简单讲讲光刻工艺的各个流程。

1.涂胶（Photoresist Coating）

涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀，附着性强，并且没有缺陷的光刻胶薄膜。涂胶作为光刻工艺的第一步，涂胶的好坏直接决定了之后光刻能否正常进行。

涂胶前的Si片是需要处理的以便于光刻胶能更好的附着在上面。由于光刻胶的疏水性，所以Si片首先需要脱水烘培去除水分。然后使用HMDS(六甲基乙硅氮烷)或TMSDEA(三甲基甲硅烷基二乙胺)作增粘处理。对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当。若胶膜太薄，则会导致针孔多，抗腐蚀性差；若太厚，则分辨率低。涂胶的方式有：浸涂，喷涂，旋涂。其中旋胶工艺步骤：①将光刻胶溶液喷洒到硅片表面上；②加速旋转托盘（硅片），直至达到需要的旋转速度；③达到所需的旋转速度后，保持一定时间的旋转（甩胶）。光刻工艺中一般采用旋胶，旋转涂胶工艺的示意图如下：

2.前烘（Soft bake）

由于在液态的光刻胶溶剂的成份占65%—85%，甩胶后光刻胶变成固态薄膜但仍含有10%—30%的溶剂，容易粘污灰尘。所以涂胶以后的硅片，需要在一定的温度下进行烘烤，一步骤称为前烘。而前烘的目的是促进胶膜内溶剂充分挥发，使胶膜干燥；增加胶膜与SiO2(Al 膜等)的粘附性及耐磨性。另外光刻胶的显影速度受光刻胶中溶剂含量的影响。如果溶剂含量过高，显影时光刻胶的溶解速度就比较快，容易导致浮胶，图形也易变形；但是，并不是要去除光刻胶中的所有溶剂，光刻胶中需要剩余一定的溶剂，以便于使感光剂重氮醌转变为羧酸。这就要求前烘的时间和温度都需要严格地控制。