光刻Photolithography《大規(guī)模集成電路制造工藝》1圖形的形成2圖形的形成3圖形的形成4黃房(YellowRoom)5光刻工藝6光刻機:光源和曝光設備掩模板:決定將形成圖案光刻膠:實現圖案的暫時轉移掩模板光刻膠光源硅工藝的集成電路：

>20次光刻工藝光刻工藝占總制造成本的1/3掩模板(Mask)7襯底用石英片:熱膨脹系數非常小;在UV和深UV區(qū)域內高的穿透系數;不透光部分:金屬用鉻(Cr);標準尺寸:15x15cm2,0.6cm厚；亮場(BrightField)暗場(DarkField)掩模板(Mask)810層掩模板Y為成品率；D為每單位面積致命缺陷的平均數；A為IC芯片的面積；N為掩模板個數；掩模板的檢查、清洗、保護很重要超高潔凈工藝區(qū)很重要光刻膠/抗蝕劑(Photoresist)9光刻膠由三種成分組成：樹脂基材(聚合物)、感光化合物、及有機溶劑；光刻膠對可見光不敏感,對紫外光敏感;光刻膠/抗蝕劑(Photoresist)10光刻膠的類型：正膠：曝光區(qū)化合物吸收光子，聚合物分裂為短鏈，易于溶于顯影液中--曝光區(qū)易溶解負膠：曝光區(qū)感光化合物吸收光能而使聚合物分子發(fā)生交聯，難溶于顯影液中--曝光區(qū)不溶解區(qū)別:正膠:分辨率好,易去除,成本高;負膠:黏附性好,聚合區(qū)/非聚合區(qū)可溶性差別大,分辨率低,去除難;光刻膠/抗蝕劑(Photoresist)11光刻膠的類型：正膠：曝光區(qū)化合物吸收光子，聚合物分裂為短鏈，易于溶于顯影液中--曝光區(qū)易溶解負膠：曝光區(qū)感光化合物吸收光能而使聚合物分子發(fā)生交聯，難溶于顯影液中--曝光區(qū)不溶解黏附性好；分辨率差；分辨率好；成本高；光刻步驟12涂膠曝光顯影清洗前烘和前處理涂膠涂膠后烘對準和曝光曝光后烘顯影顯影后烘圖形檢查涂膠工藝步驟-清洗13去除沾污

提高光刻膠黏附性去除顆粒

減少針孔和其他缺陷目的:濕法化學清洗去離子水沖洗甩干涂膠工藝步驟-前烘和前處理14前烘:去除晶圓表面的水份；提高光刻膠與表面的黏附性；前處理:(HMDS)增強光刻膠的粘附性；通常和前烘一起進行；通常在100oC；涂膠前硅片需冷卻：溫度會影響光刻膠的黏度；影響涂膠厚度；HMDS:六甲基乙硅胺烷涂膠工藝步驟-勻膠機151）硅片吸附在真空吸盤上；2）液態(tài)的光刻膠滴在硅片的中心；3）吸盤旋轉，離心力的作用下光刻膠擴散開,均勻地覆蓋硅片表面；4）先低速旋轉~500rpm,再上升到~3000-7000rpm；化學物質排除膠盤邊緣清洗(去邊)給膠管排氣口

真空涂膠工藝步驟-勻膠16涂膠工藝步驟-勻膠17k～100,p光刻膠中固體所占比例,p越大，粘稠性越高ω轉速，krpm粘稠性越高,光刻膠厚度越厚;轉速越快,光刻膠厚度越薄;涂膠工藝步驟-化學去邊18光刻膠擴散到硅片的邊緣和背面；在搬送過程中光刻膠可能回剝落成為微粒；涂膠工藝步驟-光學去邊19在曝光工藝完成會后，顯影工藝之前；背面光刻膠對曝光過程可能造成影響；涂膠工藝步驟-后烘20為了去除溶劑：

影響吸光和粘附性；過烘:分子聚合,光敏性降低；后烘不足:影響?zhàn)じ叫院推毓庑Ч?；涂膠系統(tǒng)21光刻機-接觸式22分辨率:有微米級的能力;掩膜版和硅片直接接觸,掩膜版壽命短;光刻機-接近式23掩模板距硅片表面10-50μm;無直接接觸:更長的壽命;分辨率:2-5μm;光刻機-投影式24掩模板圖形：晶圓圖形=1:1;光學系統(tǒng)簡單；具有接觸式的分辨率但無直接接觸;分辨率:1μm;步進式掃描式光刻機-投影式25掩模板圖形：晶圓圖形=M:1;沒有缺陷的掩模板容易做；無直接接觸;步進式掃描式光刻機-投影式26分辨率：光刻機-投影式27DOF:DepthofFocus,聚焦深度光刻機-投影式2810:15:11:1光刻機-投影式29先進的IC中最流行的光刻設備;高分辨率,0.25微米或以下;光學系統(tǒng)復雜，價格昂貴;掩模圖形尺寸常用5X;10X能夠得到更好的分辨率(更高的DNA)，

曝光時間是5X的四倍。光源30高壓汞燈光譜利用波長更短的準分子激光實現nm級的分辨率；分辨率增強技術31光學臨近修正32在光刻版上進行圖形修正，來補償衍射帶來的光刻圖形變形。opticalproximitycorrection光學臨近修正33分辨率增強技術34表面反射的影響35避免表面高度差；表面平整化；表面反射的影響36表面反射的影響37光刻膠下加減反膜浸沒式曝光38l=193nm,k1=0.3:N=1.0,DNA=0.93,R60nmN=1.0,DNA=1.36,R40nm增加數值孔徑:涂膠工藝步驟-顯影(Development)39顯影液溶解部分光刻膠:正膠顯影液通常使用弱堿性的溶劑;最常用的是四甲基氫銨(TMAH);將掩膜上的圖形轉移到光刻膠上;三個基本步驟:顯影－清洗－干燥;涂膠工藝步驟-顯影40單片顯影:涂膠工藝步驟-顯影41批量顯影:涂膠工藝步驟-顯影后烘42使光刻膠中的溶劑蒸發(fā)提高抗刻蝕和抗離子注入性提高光刻膠和硅片表面的黏附性聚合化并穩(wěn)定光刻膠光刻膠流動填平針孔涂膠工藝步驟-光學檢查43不合格的硅片將被去除光刻膠返工：–光刻膠的圖形是臨時性的–刻蝕和注入后的圖形是永久的.–光刻是可以返工的–刻蝕和注入后不能返工光學顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)涂膠工藝步驟-光學檢查44對準精度：

–放大,縮小,掩膜旋轉,硅片旋轉,X方向漂移,Y方向漂移關鍵尺寸(CD)；表面缺陷如，刮痕，針孔，污點，污染物等；如果硅片檢查合格，將會流出光刻模塊，進入下一道工藝，進行刻蝕或離子注入。光刻膠的去除45濕法:

H2SO4+H2O2120oC,腐蝕金屬(Al)；濕法:有機物(MS2001),刻蝕金屬很微弱；干法:

O2Plasma,適合于所有情況；光刻膠如果承受了高溫烘焙,離子注入,干法刻蝕,需要濕法(H2SO4+H2O2)+干法(O2Plasma)去膠;曝光能量閾值46正光刻膠負光刻膠電子束曝光技術47優(yōu)點:可以產生亞微米的幾何圖案;

自動化、高精度控制；

較大的聚焦深度；

可不用掩模板；缺點:產率低

分辨率小于0.25um，10片/小時；電子束曝光技術48順序掃描向量掃描電子束圖形:電子束投影曝光49電子束曝光光刻膠50正性電子光刻膠負性電子光刻膠PMMA/PBS分辨率:~0.1umCOP分辨率:~1um電子束曝光臨近效應51極遠紫外光曝光52可實現50nm圖型；必須在真空條件下進行；X射線曝光53類似接近式曝光系統(tǒng)；掩模板:1-2um厚,Si/SiC,1X；圖形:髙原子系數吸收層；分辨率:~100nm;l~1nm曝光技術總結54局限：光學圖形曝光中的衍射現象;電子束圖形曝光中的鄰近效應;X射線圖形曝光中掩模版的制作復雜;EUV圖形曝光中掩模版空片的制作困難;離子束投影圖形曝光中隨機空間電荷效應;對于IC的制造，多層掩模版是必須的；不是所有的掩模版層并不需要都用相同的圖形曝光方法。采用混合與配合（mix-and-match）的方法，分別改善分辨率與提高產率：用4：1的電子或EUV方法來完成最關鍵的掩模版層；用4：1或5：1的光學圖形曝光系統(tǒng)來完成其他的掩模版層。刻蝕

Etching《大規(guī)模集成電路制造工藝》55圖形的形成I56圖形的形成II57描述刻蝕工藝參數58刻蝕速率：500nm通過干氧方法生長的SiO2，在BOE溶液中刻蝕30s，剩下厚度為450nm：描述刻蝕工藝參數刻蝕前：35003510349935013493()1min刻蝕后：15001455152414511563()刻蝕速率：20002055197520551930(/min)平均刻蝕速率：標準偏差不均勻性：最大最小不均勻性：描述刻蝕工藝參數60刻蝕選擇比：

同一刻蝕工藝對不同材料的刻蝕速率比刻蝕方法61干法刻蝕濕法刻蝕濕法刻蝕的三個主要步驟：（1）反應物通過擴散方式到達反應表面；（2）化學反應在表面發(fā)生；（3）反應生成物通過擴散離開表面。影響濕法刻蝕因素：（1）溫度；（2）刻蝕溶液濃度；濕法刻蝕方式：（1）將晶圓浸入刻蝕溶液；（2）將刻蝕溶液噴灑在晶圓表面；濕法刻蝕的特點62選擇比高各向同性(isotropic)鉆蝕(undercut)濕法刻蝕63二氧化硅刻蝕：BOE:Buffered-Oxide-Etchant(40%NH4F:49%HF=6:1)濕法刻蝕64氮化硅刻蝕：刻蝕條件：180oC,濃度為91.5%

刻蝕選擇比：對熱氧:

10:1；對Si：33:1

刻蝕速率：10nm/min濕法刻蝕65酸性溶液(Freckle)刻蝕硅：可用于刻蝕單晶硅，多晶硅（10nm/min）；室溫下刻蝕；總反應：濕法刻蝕66堿性溶液刻蝕硅：TMAH常用刻蝕溫度為80oC；刻蝕各向異性(anisotropic)；TMAH刻蝕對SiO2有非常高的選擇比；刻蝕速度：KOH>1um/min25%TMAH0.3um/min硅的濕法刻蝕67薄膜刻蝕速率：(100):(110):(111)=100:16:1硅的濕法刻蝕68可用于制備亞微米尺寸器件;濕法刻蝕69金屬的刻蝕:濕法刻蝕70金屬的刻蝕:1)Al-2%Si的刻蝕2)Cu的刻蝕濕法刻蝕71Cu的刻蝕:DamasceneTechnology濕法刻蝕72GaAs的刻蝕:H2SO4-H2O2-H2O或H3PO4-H2O2-H2O總反應方程式：各向異性比值:73光刻膠干法刻蝕/等離子體輔助刻蝕74等離子體：具有相等數量正電荷和負電荷的離化氣體；準中性氣體；等離子體組成:

電中性的原子或氣體;負電荷(電子);正電荷(離子)等離子體的產生:電中性的原子或氣體;負電荷(電子);正電荷(離子)電離率：電離率：普通平板電極等離子刻蝕，~0.01%高等離子體濃度刻蝕機，1-5%干法刻蝕75利用基態(tài)或者中性激發(fā)狀態(tài)物質的化學反應將固態(tài)薄膜去除；等離子體中的帶能量的離子可以增強或引發(fā)刻蝕;干法刻蝕76基本的刻蝕方式：物理方式：正離子高速轟擊樣品表面（Ar+清潔)；化學方式：等離子體中產生的中性反應物與樣品表面相互作用產生揮發(fā)產物（O去光刻膠)；優(yōu)點：高刻蝕速率，高選擇比，低轟擊缺陷缺點：各向同性優(yōu)點：各向異性，缺點：選擇比低，離子轟擊造成損傷RIE方式：優(yōu)點：各向異性，適當選擇比，低轟擊損傷；RIE：ReactiveIonEtching（Ion-AssistedEtching)物理反應和化學反應77RIE刻蝕78干法刻蝕終點檢測79探測等離子體發(fā)出的射線，與已知發(fā)射光譜對比，可知等離子中中性或離子物質的存在；根據光譜強度的變化，可以知道物質濃度的變化；由于刻蝕劑或副產物在刻蝕終點開始上升/下降。利用激光干涉法：

d=

/2

等離子探測：三極反應離子刻蝕80上下電極控制等離子的輸送（等離子體能量）左右電極控制等離子的產生（等離子體濃度）增加刻蝕選擇比；減小離子轟擊損傷；高密度等離子體81低氣壓(mTorr):長的平均自由程高等離子密度:更多的活性自由基傳統(tǒng)電容耦合等離子體源：

很難產生高密度等離子體;

在低壓下很難產生等離子體:電子平均自由程長于電極間距，

離化碰撞不充分；

離子密度和能量都和RF功率相關,無法分別獨立控制.電感耦合等離子體:

InductivelyCoupledPlasma,ICP電子回旋共振等離子體:

ElectronCyclotronResonance,ECRICP刻蝕所以可以在低壓強下產生高密度的等離子體；RF電流源：RF電流線圈,產生RF磁場,變化的電場；電場給電子加速,產生碰撞離化；RF偏壓控制轟擊的能量;氦氣用來冷卻晶圓;磁場是電子做螺旋運動；電子可以飛越很長的路徑而不與腔壁發(fā)生碰撞；ECR刻蝕83電子在磁場中會旋轉;旋轉的頻率(共振頻率)決定于磁場強度;當外加微波的頻率等于共振頻率的時候，電子可以從微波中得到能量；

與其他原子分子碰撞，產生跟多電子