(完整版)光刻与刻蚀工艺

光刻工艺过程
❖涂胶 coating ❖前烘 prebaking ❖曝光 exposure ❖显影 development ❖坚膜 postbake ❖刻蚀 etch ❖去胶 strip ❖检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
❖ 在图形曝光的工 作区域，则需要等级 10或1的洁净室。
lithography
❖Introduction
❖ 光刻 ▪ 洁净室 ▪ 工艺流程 ▪ 光刻机 ▪ 光刻胶 ▪ 掩膜版
光刻原理（1）
❖ 掩膜版图形转移到光刻胶
▪ 在光刻过程中，光刻胶受到光辐射之后发生光 化学反应，其内部分子结构发生变化，在显影 液中光刻胶感光部分与未感光部分的溶解速度 相差非常大。
❖涂胶目的
▪ 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。
❖怎样才能让光刻胶粘的牢一些？
可以开始涂胶了……
❖ 怎么涂？
▪ 旋转涂胶法：把胶滴在硅片，然后使硅片高速旋转， 液态胶在旋转中因离心力作用由轴心沿径向（移动） 飞溅出去，但粘附在硅表面的胶受粘附力的作用而留 下。在旋转过程中胶所含的溶剂不断挥发，故可得到 一层均匀的胶膜
▪ （2）等级为M3.5的洁净室（公制），直径大 于或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过103.5 （约3500个/m3)
❖ 100个/ft3= 3500个/m3
▪ 一个英制等级100的洁净室相当于公制等级 M3.5的洁净室。
洁净室（4）
❖ 对一般的IC制造 区域，需要等级100 的洁净室，约比一般 室内空气低4个数量 级。
Resist coat (wafer track)
resist substrate
Expose (illumination tool)
positive tone
Develop (wafer track)
etch (ion implantation)
resist strip
mask
negative tone
低 ▪ 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
❖ 条件:
▪ 温度 ：90 to 120 ℃ ▪ 时间：60s to 120s
2、前烘（softbake）－－再次改善光刻胶粘附性
❖前烘不足
▪ 光刻胶与硅片黏附性变差 ▪ 因光刻胶中溶剂含量过高致使曝光的精确度下降
❖前烘过量
▪ 延长时间，产量降低 ▪ 过高的温度使光刻胶层的粘附性会因光刻胶变脆而降
lithography
❖Introduction ❖光刻
▪ 洁净室 ▪ 工艺流程 ▪ 光刻机 ▪ 光刻胶 ▪ 掩膜版
图形曝光与刻蚀
❖ 图形曝光（lithography，又译光刻术）
▪ 利用掩膜版（mask）上的几何图形，通过光化 学反应，将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感 光薄膜层上（称为光致抗蚀剂、光刻胶或光阻， resist，简称抗蚀剂）的一种工艺步骤
▪ 这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
ULSI对光刻有哪些基本要求？
❖高分辨率
▪ 在集成电路工艺中，通常把线宽作为光刻水平 的标志，一般也可以用加工图形线宽的能力来 代表集成电路的工艺水平。
❖高灵敏度的光刻胶
▪ 光刻胶的灵敏度是指光刻胶的感光速度。 ▪ 产品的产量 曝光时间 ▪ 确保光刻胶各项属性均为优异的前提下，提高
❖ 怎样才算涂的好？
▪ 膜厚均匀，正胶<2%，负胶<5%
涂胶-----转速Vs膜厚
❖ 转速Vs膜厚
▪ 其中：T表示膜厚，S表示转速；从上式可以看出， 光刻胶的膜厚与旋转速度的平方根成反比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、前烘（softbake）－－再次改善光刻胶粘附性
❖ 目的
▪ 去除胶内的溶剂，提高胶的粘附力
▪ 提高胶的抗机械摩擦的能力 ▪ 减小高速旋转形成的薄膜应力
光刻原理（3）
❖光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机
▪ 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体
▪ 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化 学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中 的溶解特性改变
❖光刻过程的主要步骤：
▪ 曝光、显影、刻蚀
Process flow optical litho
▪ 这些图案可用来定义集成电路中各种不同区域， 如离子注入、接触窗（contact window）与压 焊（bonding－pad）区。
图形曝光与刻蚀
❖ 刻蚀
▪ 由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
光刻胶的灵敏度
ULSI对光刻有哪些基本要求？
❖ 低缺陷
▪ 缺陷关系成品率
❖ 精密的套刻对准
▪ 集成电路芯片的制作需要经过多次光刻，在各次曝光 图形之间要相互套准。
▪ ULSI的图形线宽在1um以下，通常采用自对准技术。
❖ 大尺寸硅片上的加工
▪ ULSI的芯片尺寸为1～2cm2 ▪ 提高经济效益和硅片利用率
▪ 利用光刻胶的这种特性，就可以在硅片的表面 涂上光刻胶薄层，通过掩膜版对光刻胶辐照， 从而使某些区域的光刻胶感光之后，再经过显 影就可以在光刻胶上留下掩膜版的图形。
光刻原理（2）
❖光刻胶图形转移到硅表面的薄膜
▪ 在集成电路制作中，利用这层剩余的光刻胶图 形作为保护膜，可以对硅表面没有被光刻胶覆 盖的区域进行刻蚀，或者对这些区域进行离子 注入，从而把光刻胶上的图形转移到硅表面的 薄膜上去，由此形成各种器件和电路的结构， 或者对未保护区进行掺杂。
洁净室（1）
洁净室（2）
❖ 洁净室的等级定义方式：
▪ （1）英制系统：
• 每立方英尺中直径大于或等于0.5um的尘埃粒子总数 不准超过设计等级数值。
▪ （2）公制系统
• 每立方米中直径大于或等于0.5um的尘埃粒子总数不 准超过设计等级数值（以指数计算，底数为10）。
洁净室（3）
❖ 例子：
▪ （1）等级为100的洁净室（英制），直径大于 或等于0.5um的尘埃粒子总数不超过100个/ft3