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光刻工艺流程

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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。

如果前烘温度太低,或时间过短,除了光刻胶层与硅片表面的黏附性变差之外,曝光的精确度也会因为光刻胶中的溶剂的含量过高而变差。另外,显影时也易浮胶,图形易变形。如果温度过高,时间过长,光刻胶层黏附性也会因为光刻胶变脆而降低。而且,过高的烘培温度会使光刻胶中的感光剂发反应,这会使光刻胶在曝光时的敏感度变差,增感剂挥发,导致显不出图形。

前烘的方式一般有:①烘箱对流加热,②红外线辐射加热,③热板传导加热。在ULSI 工艺中,常用的前烘方法是真空热平板烘烤。这种方法方便控制温度,还可以保证加热均匀。平板烘烤还可以解决光刻胶表面粗糙的问题。

3.曝光(Exposure)

光刻胶在经过前烘之后,原来为液态的光刻胶在硅片表面上固化,这样就可以进行曝光。曝光方式有接触式,接近式和投影式。接触式硅片与光刻版紧密接触,光衍射效应小,分辨率高,但对准困难,易摩擦,是光刻版图形变形,光刻版寿命短且成品率低。接近式硅片与光刻版保持5—50μm间距,光刻版不易损坏,光衍射效应严重,分辨率低,线宽大于3μm。投影式曝光利用光学系统,将光刻版的图形投影在硅片上,光刻版不受损伤,对准精度也高,但光学系统复杂,对物镜成像要求高,一般用于3μm以下光刻。目前常见的曝光有光学曝光(紫外、深紫外),X射线曝光,电子束直写式曝光。

投影式曝光分类:

扫描投影曝光(Scanning projection exposure),70年代末~80年代初,大于1μm工艺;掩膜版1:1全尺寸。

步进重复投影曝光(Stepping-repeating projection exposure),80年代末~90年代,0.35μm~0.25μm(DUV)。掩膜版缩小比例(4:1),棱镜系统的制作难度增加。

扫描步进投影曝光(Scanning stepper projection exposure),90年代末至今,用于小于0.18μm工艺,增大了每次曝光的视场,提供硅片表面不平整的补偿,提高了整个硅片的尺寸均匀性;但同时需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。

需要注意的是在进行曝光时会发生驻波效应,导致曝光的线宽发生变化。为了减弱驻波效应往往在光刻工艺中使用抗反射涂层(ARC)工艺。利用ARC吸收折射进入ARC的光线,以及根据曝光所使用的波长使ARC与折射进入ARC的光波相匹配,可以降低ARC反射到光刻胶中的光线强度。ARC的制作方法一般有物理气相淀积(PVD)和化学气相淀积(CVD).

4.显影(D evelopment)

曝光之后需要进行后烘,短时间的后烘可以促进光刻胶的关键化学反应,提高光刻胶的粘附性并减少驻波,然后就可以进行显影。显影是将未感光的负胶或感光的正胶溶解去除,显现出所需的图形。正胶显影液是含水的碱性显影液,如KOH、TMAH(四甲基氢氧化胺水溶液)等。负胶显影液是一种有机溶剂,如丙酮、甲苯等。

进行显影的方式有很多种,如:浸入式显影,混凝显影,喷洒显影等。目前应用最广泛的是喷洒方法。这种显影可分为三步:①硅片被置于旋转台上,并且在硅片表面上喷洒显影液;②然后硅片将在静止的状态下进行显影;③显影完成后,需要经过漂洗,之后在旋干。漂洗和旋干是为了去除残留在硅片上的显影液。喷洒显影的优点是它可以满足工艺流水线的要求,提高生产效率。

显影之后,一般要通过光学显微镜,扫描电子显微镜或者激光系统来进行显影检验;目的是区分哪些有很低可能性通过最终掩膜检验的晶圆,提供工艺性能和工艺控制数据,以及分拣出需要重做的晶圆。而影响显影效果的因素主要有:曝光时间,前烘的温度与时间,胶膜的厚度,显影液的浓度以及显影液的温度等。显影时间太短,可能留下光刻胶薄膜层,从而阻挡腐蚀二氧化硅或金属,形成氧化层“小岛”。时间太短,光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶,导致图形边缘破坏。

5.坚膜(Hard Bake)

硅片在经过显影之后,需要经历一个高温处理过程,简称坚膜。坚膜的主要作用是去除光刻胶中剩余的溶剂,增强光刻胶对硅片表面的附着力,同时提高光刻胶在刻蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。通常坚膜的温度要高于前烘和曝光后烘烤温度,也称为光刻胶的玻璃态转变温度。

坚膜的方法有:(1)恒温烘箱法(180—200℃,30min左右);(2)红外灯照射(照射10min,距离6cm)。如果坚膜不足,则腐蚀时易浮胶,易侧蚀;如果坚膜过度,则胶膜热膨胀导致翘曲,剥落,腐蚀时易浮胶或钻蚀。若温度超过300℃,则光刻胶分解,失去抗腐蚀能力。

在坚膜之后还需要对光刻胶进行光学稳定,光刻胶的光学稳定是通过紫外光辐照和加热来完成的。通过光学稳定,使光刻胶在干法刻蚀过程中的抗腐蚀性得到增强,进而提高刻蚀工艺的选择性;而且还可以减少在注入过程中从光刻胶中逸出的气体,防止在光刻胶层中形成气泡。

6.刻蚀(Etching)

在微电子制造工艺中,光刻图形必须最终转移到光刻胶下面组成器件的各薄膜层上,这种图形的转移是采用刻蚀工艺完成的,经过刻蚀的图形就永久留在晶圆的表层。刻蚀工艺分

为两大类:湿法和干法刻蚀。无论哪一种方法,其目的都是将光刻掩模版上的图形精确地转移到晶圆表面。同时要求一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度都符合要求。

湿法刻蚀具有各向同性腐蚀的特点,工艺简单,腐蚀选择性好;但钻蚀严重(各向异性差),难于获得精细图形,且刻蚀3μm以上的线条,所以现在一般不采用湿法刻蚀。Si的湿法刻蚀:Si+HNO3+HF→H2[SiF6]+HNO2+H2O+H2

现代光刻技术最常用的刻蚀工艺为干法刻蚀,其各向异性腐蚀强,分辨率高,能刻蚀3μm以下线条。干法刻蚀有三种类型,分别为:

(1)等离子体刻蚀:化学性刻蚀;刻蚀气体经辉光放电后,成为具有强化学活性的离子及游离基——等离子体。等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反应。选择性好,各向异性差。所用的刻蚀气体有:CF4、BCl3、CCl4、CHCl3、SF6等。

(2)溅射刻蚀:纯物理刻蚀;等离子体轰击被刻蚀的材料,使其被撞原子飞溅出来,形成刻蚀。其各向异性好,选择性差;刻蚀气体为惰性气体。

(3)反应离子刻蚀(RIE):结合(1)、(2);各向异性和选择性兼顾;刻蚀气体与等离子体刻蚀相同。

Si的干法刻蚀:Si+Fˉ→SiF4↑

SiO2的干法刻蚀:SiO2+Fˉ→SiF4↑+O2CF3ˉ+SiO2→SiF4↑+CO↑+CO2↑

SiN4的干法刻蚀:SiN4+Fˉ→SiF4↑+N2↑

7.去胶(Strip Photoresist)

经过刻蚀或离子注入之后,已经不再需要光刻胶做保护层,因此可以将光刻胶从硅表面除去,这一步骤称为去胶。去胶的方法包括湿法去胶和干法去胶。在湿法去胶中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。

有机溶液去胶是使用与光刻胶互溶的丙酮和芳香族的有机溶剂,达到去胶目的。无极溶液去胶的原理是利用光刻胶本身也是有机物的特点,通过可以把光刻胶从硅片的表面除去。不过由于无机溶液会腐蚀Al,因此去除Al上的光刻胶必须使用有机溶剂。干法去胶则是用等离子体将光刻胶去除。相对而言,干法去胶的效果要好于湿法去胶,但干法去胶存在反应残留物的玷污问题,因此干法、湿法去胶经常搭配使用。

光刻是通过化学反应,将光刻版上的图形转移到光刻胶上,在经刻蚀将光刻胶上的图形转移到硅表面的薄膜上。光刻要求硅片表面上存在的图案与掩膜版上的图形准确对准。随着芯片集成度的提高,对光刻技术提出了越来越高的要求,即对光刻工艺流程的每一步都有更高的要求。每一个流程的进步都对光刻技术有很大影响。

参考文献

【1】关旭东.硅集成电路工艺基础.北京大学出版社,2003

【2】刘红侠,戴显英,毛维.集成电路制造技术PPT

【3】庄同曾.集成电路制造工艺.北京:电子工业出版社,2005

【4】庄同曾.集成电路制造技术原理与实践.北京:电子工业出版社,1992 【5】百度文库.光刻与刻蚀工艺PPT,09.2011

【6】百度文库.光刻过程图片解说PPT,06.2010

【7】王瑗 . 刻蚀工艺与设备培训PDF,05.2009

光刻工艺概述

光刻工艺流程图 一前处理(OAP) 通常在150~200℃对基片进行烘考以去除表面水份,以增强光刻胶与硅片的粘附性。(亲水表面与光刻胶的粘附性差,SI的亲水性最小,其次SIO2,最后PSI玻璃和BSI玻璃) OAP的主要成分为六甲基二硅烷,在提升光刻胶的粘附性工艺中,它起到的作用不是增粘剂,而是改变SiO2的界面结构,变亲水表面为疏水表面。OAP通常采用蒸汽涂布的方式,简单评

价粘附性的好坏,可在前处理过的硅片上滴一滴水,通过测量水与硅片的接触角,角度越大, SI 二、匀胶 光刻胶通常采用旋涂方式,在硅片上得到一层厚度均匀的胶层。影响胶厚的最主要因素:光刻胶的粘度及旋转速度。次要因素:排风;回吸;胶泵压力;胶盘;温度。 胶厚的简单算法:光刻胶理论的最小胶厚的平方乘以理论的转速=目标光刻胶的胶厚的平方乘以目标转速 例如:光刻胶理论厚度1微米需要转速3000转/分,那需要光刻胶厚度1.15微米时转速应为 12 *3000/1.152 三、前烘 前烘的目的是为了驱除胶膜中残余的溶剂,消除胶膜的机械应力。前烘的作用: 1)增强胶层的沾附能力;2)在接触式曝光中可以提高胶层与掩模板接触时的耐磨性能;3)可以提高和稳定胶层的感光灵敏度。前烘是热处理过程,前烘通常的温度和时间: 烘箱90~115℃ 30分钟 热板90~120℃ 60~90秒 四、光刻 光刻胶经过前烘后,原来液态光刻胶在硅片表面上固化。光刻的目的就是将掩膜版上的图形转移到硅片上。曝光的设备分类接触式、接近式、投影式、步进式/扫描式、电子束曝光、软X射线曝光。 五、显影 经过显影,正胶的曝光区域和负胶的非曝光区域被溶解,正胶的非曝光区域和负胶的曝光区域被保留下来,从而完成图形的转移工作。正胶曝光区域经过曝光后,生成羧酸与碱性的显影液中和反应从而被溶解。负胶的曝光区域经过曝光后产生胶联现象,不被显影液溶解。而未曝光的区域则被显影液溶解掉。定影液的作用是漂洗显影过程中产生的碎片,挤出残余的显影液,另外还可以起到收缩图形,提高图形的质量。

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

光刻工艺简要流程介绍

光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上,为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3,耗费时间约占整个硅片工艺的40~60%。 光刻机是生产线上最贵的机台,5~15百万美元/台。主要是贵在成像系统(由15~20个直径为200~300mm的透镜组成)和定位系统(定位精度小于10nm)。其折旧速度非常快,大约3~9万人民币/天,所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分:轨道机(Tracker),用于涂胶显影;扫描曝光机(Scanning)光刻工艺的要求:光刻工具具有高的分辨率;光刻胶具有高的光学敏感性;准确地对准;大尺寸硅片的制造;低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干(Cleaning and Pre-Baking) 方法:湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙(热板150~2500C,1~2分钟,氮 气保护) 目的:a、除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动离子);b、除去水蒸气,是基底表面由亲水性变为憎水性,增强表面的黏附性(对光刻胶或者是 HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。 2、涂底(Priming) 方法:a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸汽淀积,200~2500C,30秒钟;优点:涂底均匀、避免颗粒污染;b、旋转涂底。缺点:颗粒污染、涂底不均匀、HMDS 用量大。

目的:使表面具有疏水性,增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶(Spin-on PR Coating) 方法:a、静态涂胶(Static)。硅片静止时,滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂(原光刻胶的溶剂约占65~85%,旋涂后约占10~20%); b、动态(Dynamic)。低速旋转(500rpm_rotation per minute)、滴胶、加速 旋转(3000rpm)、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数:光刻胶的黏度(Viscosity),黏度越低,光刻胶的厚度越薄;旋转速度,速度越快,厚度越薄; 影响光刻胶厚度均运性的参数:旋转加速度,加速越快越均匀;与旋转加速的时 间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关(因为不同级别的曝光波长对应不 同的光刻胶种类和分辨率): I-line最厚,约0.7~3μm;KrF的厚度约0.4~0.9μm;ArF的厚度约0.2~ 0.5μm。 4、软烘(Soft Baking) 方法:真空热板,85~120℃,30~60秒; 目的:除去溶剂(4~7%);增强黏附性;释放光刻胶膜内的应力;防止光刻胶 玷污设备; 边缘光刻胶的去除(EBR,Edge Bead Removal)。光刻胶涂覆后,在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀,不能得到很好的图形,而且容易发生剥离(Peeling)而影响其它部分的图形。所以需要去除。

第九章_基本光刻工艺流程-显影到最终检验

第九章基本光刻工艺流程-曝光到最终检验概述 在本章,将解释从光刻胶的显影到最终检验所使用的基本方法。本章末尾将涉及膜版工艺的使用和定位错误的讨论。 目的 完成本章后您将能够: 1.划出晶圆在显影之前及之后的剖面图。 2.列出显影的方法。 3.解释硬烘焙的方法和作用。 4.列出晶圆在显影检验时被拒绝的至少五个原因。 5.划出显影-检验-重做工作过程的示意图。 6.解释湿法刻蚀和干法刻蚀的方法和优缺点。 7.列出从氧化膜和金属膜上去除光刻胶的机器 8.解释最终检验的方法和作用。 显影 晶圆完成定位和曝光后,器件或电路的图案被以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶上(图9.1)。通过对未聚合光刻胶的化学分解来使图案显影。显影技术被设计成使之把完全一样的膜版上图案复制到光刻胶上。不良的显影工艺造成的问题是不完全显影,它会导致开孔的不正确尺寸,或使开孔的侧面内凹。在某些情况下,显影不够深而在开孔内留下一层光刻胶。第三个问题是过显影它会过多地从图形边缘或表面上去除光刻胶。要在保证开孔的直径一致和由于清洗深孔时液体不易进入而造成的清洗困难的情况下保持具有良好形状的开孔是一个特殊的挑战。 负和正的光刻胶有不同的显影性质并要求不同的化学品和工艺。 负光刻胶显影 在光刻胶上成功地使图案显影要依靠光刻胶的曝光机理。负光刻胶暴露在光时会有一个聚合的过程它会导致光刻胶聚合在显影液中分解。在两个区域间有足够高的分解率以使聚合的区域只失去很小部分光刻胶。对于大多数的负光刻胶显影二甲苯是受欢迎的化学品。它也在作负光刻胶中作溶液使用。显影完成前还要进行冲洗。对于负光刻胶,通常使用n-丁基醋酸盐作为冲洗化学品,因为它既不会使光刻胶

光刻工艺与方法

光刻工艺与方法 张永平 2012.02.24

?光刻胶由三部分组成: 1、感光剂 2、增感剂 3、溶剂 正、负性光刻胶

衡量光刻胶好坏的标准 ?1、感光度 ?2、分辨率 ?3、粘度及固态含有率 ?4、稳定性 ?5、抗蚀性 ?6、黏附能力 ?7、针孔密度

光源 ?现代曝光系统所产生的像是受衍射限制的,而衍射效应又与曝光辐射的波长有很强的联系。从历史看,多数的光刻系统都使用弧光灯作为主要光源,内含有汞蒸汽,用光刻的灯消耗大约1千瓦功率。常用的汞两种特征波长:436nm(g线)和365nm(i线)。20世纪90年代早期,多数的光刻机使用g线;在0.35μm这一代中,i线步进光刻机是主宰。在深紫外光这一段,最亮的光源要数准分子激光,最有兴趣的二种源:KrF(248nm)和ArF(193nm),一般有二种元素,一种是惰性气体,一种是含卤化合物。准分子激光的主要问题:激光的可靠性和寿命、镜头系统中光学元件对曝光波长的透明度、寻找合适的光刻胶

?曝光技术直接影响到微细图形加工的精度与质量?a,接触式 ?b,接近式 ?c,投影式

三种曝光方式比较 接触曝光:光的衍射效应较小,因而分辨率高;但易损坏掩模图形,同时由于尘埃和基片表面不平等,常常存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。 接近式曝光:延长了掩模版的使用寿命,但光的衍射效应更为严重,因而分辨率只能达到2—4um 左右。 投影式曝光:掩模不受损伤,不存在景深问题提高了对准精度,也减弱了灰尘微粒的影响,已成为LSI 和VLSI 中加工小于3um 线条的主要方法。缺点是投影系统光路复杂,对物镜成像能力要求高。

光刻工艺流程及未来发展方向

集成电路制造工艺 光刻工艺流程 作者:张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班 24 号 710300 摘要:摘要:光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去 的工艺,在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词:光刻胶;曝光;烘焙;显影;前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 基本光刻工艺流程— 1 基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1 光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2 基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1 组成聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应,它们称为光学光刻胶(optical resist),还

光刻工艺介绍

光刻工艺介绍 一、定义与简介 光刻是所有四个基本工艺中最关键的,也就是被称为大家熟知的photo,lithography,photomasking, masking, 或microlithography。在晶圆的制造过程中,晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成,这些部件是预先做在一块或者数块光罩上,并且结合生成薄膜,通过光刻工艺过程,去除特定部分,最终在晶圆上保留特征图形的部分。 光刻其实就是高科技版本的照相术,只不过是在难以置信的微小尺寸下完成,现在先进的硅12英寸生产线已经做到22nm,我们这条线的目标6英寸砷化镓片上做到0.11um。光刻生产的目标是根据电路设计的要求,生成尺寸精确的特征图形,并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确。

二、光刻工艺流程介绍 光刻与照相类似,其工艺流程也类似: 实际上,普通光刻工艺流程包括下面的流程:

1)Substrate Pretreatment 即预处理,目的是改变晶圆表面的性质, 使其能和光刻胶(PR)粘连牢固。主要方法就是涂HMDS,在密闭腔体内晶圆下面加热到120℃,上面用喷入氮气加压的雾状HMDS,使得HMDS和晶圆表面的-OH健发生反应已除去水汽和亲水健结构,反应充分后在23℃冷板上降温。该方法效果远比传统的热板加热除湿好。 2)Spin coat即旋转涂光刻胶,用旋转涂布法能提高光刻胶薄膜的 均匀性与稳定性。光刻胶中主要物质有树脂、溶剂、感光剂和其它添加剂,感光剂在光照下会迅速反应。一般设备的稳定工作最高转速不超过4000rpm,而最好的工作转速在2000~3000rpm。 3)Soft Bake(Pre-bake)即软烘,目的是除去光刻胶中溶剂。一般是 在90℃的热板中完成。 4)Exposure即曝光,这也是光刻工艺中最为重要的一步,就是用 紫外线把光罩上的图形成像到晶圆表面,从而把光罩上面的图形转移到晶圆表面上的光刻胶中。这一步曝光的能量(Dose)和成像焦点偏移(Focus offset)尤为重要. 5)Post Exposure Bake(PEB)即后烘,这是非常重要的一步。在 I-line光刻机中,这一步的目的是消除光阻层侧壁的驻波效应,

07工艺-光刻介绍

集成电路工艺之
光刻
1、基本描述和过程 2、光刻胶 3、光刻机 4、光源 5、光刻工艺 6、新技术简介
光刻
IC 工艺流程
Materials IC Fab Metallization Wafers Thermal Processes Masks Implant PR strip Etch PR strip Packaging CMP Dielectric deposition Test
IC 制造
e-Beam or Photo
EDA
Mask or Reticle
Ion Implant
PR
Etch
Chip
Photolithography
Final Test
Photolithography IC Design
EDA: 自动化电子设计 PR: 光刻胶

光刻基本介绍
? 在硅片表面匀胶,然后将掩模版上的图形转移光刻 胶上的过程 ? 将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。 ? 光刻在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。 ? 光刻占40%到 50% 的流片时间。 ? 决定最小特征尺寸。 IC制程中最重要的模块,是集成电路中关键的 工艺技术,最早的构想来源于印刷技术中的照相制 版。光刻技术最早于1958年开始应用,并实现了平 面晶体管的制作。
光刻的基本步骤
? ? ? ? ? ? ? ? ? 硅片清洗 前烘和前处理 光刻胶涂布 匀胶后烘 对准和曝光 曝光后烘 显影 显影后烘 图形检查
涂胶
曝光 显影
硅片清洗
Clean Gate Oxide Primer
前烘和前处理
Polysilicon STI P-Well USG STI
Polysilicon USG P-Well

光刻工艺问答

光刻工艺问答

PHOTO 流程? 答:上光阻→曝光→顯影→顯影後檢查→CD量測→Overlay量測 何为光阻?其功能为何?其分为哪两种? 答:Photoresist(光阻).是一种感光的物质,其作用是将Pattern从光罩(Reticle)上传递到Wafer上的一种介质。其分为正光阻和负光阻。 何为正光阻? 答:正光阻,是光阻的一种,这种光阻的特性是将其曝光之后,感光部分的性质会改变,并在之后的显影过程中被曝光的部分被去除。 何为负光阻? 答:负光阻也是光阻的一种类型,将其曝光之后,感光部分的性质被改变,但是这种光阻的特性与正光阻的特性刚好相反,其感光部分在将来的显影过程中会被留下,而没有被感光的部分则被显影过程去除。 什幺是曝光?什幺是显影? 答:曝光就是通过光照射光阻,使其感光;显影就是将曝光完成后的图形处理,以将图形清晰的显现出来的过程。 何谓 Photo? 答:Photo=Photolithgraphy,光刻,将图形从光罩上成象到光阻上的过程。Photo主要流程为何? 答:Photo的流程分为前处理,上光阻,Soft Bake, 曝光,PEB,显影,Hard Bake 等。 何谓PHOTO区之前处理? 答:在Wafer上涂布光阻之前,需要先对Wafer表面进行一系列的处理工作,以使光阻能在后面的涂布过程中能够被更可靠的涂布。前处理主要包括Bake,HDMS等过程。其中通过Bake将Wafer表面吸收的水分去除,然后进行HDMS工作,以使Wafer表面更容易与光阻结合。 何谓上光阻? 答:上光阻是为了在Wafer表面得到厚度均匀的光阻薄膜。光阻通过喷嘴(Nozzle)被喷涂在高速旋转的Wafer表面,并在离心力的作用下被均匀的涂布在Wafer的表面。

光刻工艺过程

光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干(Cleaning and Pre-Baking) 方法:湿法清洗+去离子水冲洗+脱水烘焙(热板150~2500C,1~2分钟,氮气保护)目的:a、除去表面的污染物(颗粒、有机物、工艺残余、可动离子);b、除去水蒸气,是基底表面由亲水性变为憎水性,增强表面的黏附性(对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷)。 2、涂底(Priming) 方法:a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积,200~2500C,30秒钟;优点:涂底均匀、避免颗粒污染;b、旋转涂底。缺点:颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的:使表面具有疏水性,增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶(Spin-on PR Coating) 方法:a、静态涂胶(Static)。硅片静止时,滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂(原光刻胶的溶剂约占65~85%,旋涂后约占10~20%); b、动态(Dynamic)。低速旋转(500rpm_rotation per minute)、滴胶、加速旋转(3000rpm)、甩胶、挥发溶剂。 决定光刻胶涂胶厚度的关键参数:光刻胶的黏度(Viscosity),黏度越低,光刻胶的厚度越薄;旋转速度,速度越快,厚度越薄; 影响光刻胶厚度均运性的参数:旋转加速度,加速越快越均匀;与旋转加速的时间点有关。 一般旋涂光刻胶的厚度与曝光的光源波长有关(因为不同级别的曝光波长对应不同的光刻胶种类和分辨率):I-line最厚,约0.7~3μm;KrF的厚度约0.4~0.9μm;ArF的厚度约0.2~0.5μm。 4、软烘(Soft Baking) 方法:真空热板,85~1200C,30~60秒; 目的:除去溶剂(4~7%);增强黏附性;释放光刻胶膜内的应力;防止光刻胶玷污设备; 边缘光刻胶的去除(EBR,Edge Bead Removal)。光刻胶涂覆后,在硅片边缘的正反两面都会有光刻胶的堆积。边缘的光刻胶一般涂布不均匀,不能得到很好的图形,而且容易发生剥离(Peeling)而影响其它部分的图形。所以需要去除。 方法:a、化学的方法(Chemical EBR)。软烘后,用PGMEA或EGMEA去边溶剂,喷出少量在正反面边缘出,并小心控制不要到达光刻胶有效区域; b、光学方法(Optical EBR)。即硅片边缘曝光(WEE,Wafer Edge Exposure)。在完成图形的曝光后,用激光曝光硅片边缘,然后在显影或特殊溶剂中溶解; 5、对准并曝光(Alignment and Exposure) 对准方法:a、预对准,通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准;b、通过对准标志(Align Mark),位于切割槽(Scribe Line)上。另外层间对准,即套刻精度(Overlay),保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。 曝光中最重要的两个参数是:曝光能量(Energy)和焦距(Focus)。如果能量和焦距调整不好,就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的范围。 曝光方法: a、接触式曝光(Contact Printing)。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩

看懂光刻机-光刻工艺流程详解

看懂光刻机:光刻工艺流程详解 半导体芯片生产主要分为IC 设计、IC 制造、IC 封测三大环节。IC 设计主要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定,并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤使用。IC 制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上,并实现预定的芯片功能,包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。IC 封测完成对芯片的封装和性能、功能测试,是产品交付前的最后工序。 芯片制造核心工艺主要设备全景图 光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤,耗时长、成本高。半导体芯片生产的难点和关键点在于将电路图从掩模上转移至硅片上,这一过程通过光刻来实现,光刻的工艺水平直接决定芯片的制程水平和性能水平。芯片在生产中需要进行20-30 次的光刻,耗时占到IC 生产环节的50%左右,占芯片生产成本的1/3。 光刻工艺流程详解 光刻的原理是在硅片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶,再用光线(一般是紫外光、深紫外光、极紫外光)透过掩模照射在硅片表面,被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用特定溶剂洗去被照射/未被照射的光刻胶,就实现了电路图从掩模到硅片的转移。 光刻完成后对没有光刻胶保护的硅片部分进行刻蚀,最后洗去剩余光刻胶,就实现了半导体器件在硅片表面的构建过程。 光刻分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺,区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解,并会硬化,不会被溶剂洗掉,从而该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉,负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。 在硅片表面构建半导体器件的过程 正性光刻与负性光刻相反,曝光部分的光刻胶会被破坏从而被溶剂洗掉,该部分的硅片没

光刻工艺

光刻工艺 一、提示: 光刻工艺是集成电路制造中最关键的工艺之一。光刻是一种复印图像和化学腐蚀相结合的综合性技术。光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和掺杂的晶圆上。这些结构首先以图形形式制作在被称为光刻掩膜版的石英膜版上,光刻工艺首先将事先做好的光刻掩膜版上的图形精确地、重复地转移到涂有光刻胶的待腐蚀层上,然后利用光刻胶的选择性保护作用,对需腐蚀图形层进行选择性化学腐蚀,从而在表面形成与光刻版相同或相反的图层。 二、概要: 光刻实际是将图形转移到一个平面的任一复制过程。本章先介绍了光刻的概念,接着介绍了光刻工艺的基本步骤,并相继介绍了光刻过程中的必备的两种材料,即掩膜版和光刻胶,然后对多种光刻设备做了简要介绍。本章需重点掌握光刻工艺、光刻胶及光刻设备等。 三、关键知识: 光刻的概念:光刻处于晶圆加工过程的中心,一般认为是集成电路(IC)制造中最关键的步骤,需要高性能以便结合其他工艺获得高成品率。光刻过程实际是图形由掩膜版转移到晶圆表面的过程。 光刻工艺的基本步骤:光刻工艺是一个复杂的过程,其中有很多影响其工艺宽容度的工艺变量。为了方便起见,这里将光刻工艺分成8个基本操作:气相成底膜、旋转涂胶、软烘(前烘)、曝光、烘焙、显影、坚膜(后烘)、显影检查。 光刻胶的分类:光刻包括两个基本的工艺类型,即正性光刻和负性光刻,因此用于光刻的光刻胶也有正胶和负胶之分。正性光刻是把与掩膜版上相同的图形复制到晶圆上,负性光刻是把与掩膜版上图形的相反图形复制到晶圆表面。 光刻设备:从早期的晶圆制造以来,光刻设备经历了几代的发展,每一代又以当时获得的特征尺寸分辨率所需的设备类型为基础。主要的光刻设备认为以下五代:接触式光刻机、接近式光刻机、扫描投影光刻机、分步重复光刻机和步进扫描光刻机。 四、重点讲解: 1、光刻的主要参数: (1)特征尺寸:一般是指MOS管的最小栅长,减小特征尺寸可以在单个晶圆上布局更多的芯片。光刻技术决定了在晶圆上的特征尺寸数值。 (2)分辨率:是指将晶圆上两个邻近的特征图形区分开来的能力。焦深是光焦点周围的一

第八章_基本光刻工艺流程-表面准备到曝光

第八章基本光刻工艺流程-表面准备到曝光 概述 最重要的光刻工艺是在晶圆表面建立图形。这一章是从解释基本光刻工艺十步法和讨论光刻胶的化学性质开始的。我们会按照顺序来介绍前四步(表面准备到对准和曝光)的目的和执行方法。 目的 完成本章后您将能够: 1.勾画出基本的光刻工艺十步法制程的晶圆截面。 2.解释正胶和负胶对光的反应。 3.解释在晶圆表面建立空穴和凸起所需要的正确的光刻胶和掩膜版的极性。4.列出基本光刻十步法每一步的主要工艺选项。 5.从目的4的列表中选出恰当的工艺来建立微米和亚微米的图形。 6.解释双重光刻,多层光刻胶工艺和平整化技术的工艺需求。 7.描述在小尺寸图形光刻过程中,防反射涂胶工艺和对比增强工艺的应用。8.列出用于对准和曝光的光学方法和非光学方法。 9.比较每一种对准和曝光设备的优点。 介绍 光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上的所规定的特定区域的基本操作(图8.1)。Photolithography是用来定义这个基本操作的术语。还有其它术语为Photomasking, Masking, Oxide或者Metal Removal (OR,MR)和Microlithography。 光刻工艺是半导体工艺过程中非常重要的一道工序,它是用来在不同的器件和电路表面上建立图形(水平的)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。这个目标被称为晶圆的分辨率(resolution)。图形尺寸被称为电路的特征图形尺寸(feature size)或是图像尺寸(image size)。 第二个目标是在晶圆表面正确定位图形(称为Alignment或者Registration)。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(图8.2)。请记住,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。图形定位的的要求就好像是一幢建筑物每一层之间所要求的正确的对准。很容易想象,如果建筑物每一层和每一层不能很好地对准,那么它会对电梯以及楼梯带来什么样的

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 circuitsusing optical - chemical reaction principle and chemi cal, physical etching method, the circuit pattern is transferredto the single crystal surfaceor 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 printingtechnology in the photo lithographi cprocess. Development of lithography technologymakes graphic swidth shrinking, integration continues toimprove, 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 flowis: 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,Softbake,exposure,development,hard bake ,etching,Strip Photoresist.

光刻工艺流程论文

光刻工艺流程 作者:张少军 陕西国防工业职业技术学院电子信息学院电子****班24号 710300 摘要:光刻(photoetching)是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺,在此之后,晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。被除去的部分可能形状是薄膜内的孔或是残留的岛状部分。 关键词:光刻胶;曝光;烘焙;显影;前景 Abstract: photoetching lithography (is) through a series of steps will produce wafer surface film of certain parts of the process, remove after this, wafer surface will stay with the film structure. The part can be eliminated within the aperture shape is thin film or residual island. Keywords: the photoresist, Exposure; Bake; Enhancement; prospects 1基本光刻工艺流程—从表面准备到曝光 1.1光刻十步法 表面准备—涂光刻胶—软烘焙—对准和曝光—显影—硬烘焙—显影目测—刻蚀—光刻胶去除—最终目检。 1.2基本的光刻胶化学物理属性 1.2.1组成 聚合物+溶剂+感光剂+添加剂,普通应用的光刻胶被设计成与紫外线和激光反应,它们称为光学光刻胶(optical resist),还有其它光刻胶可以与X射线或者电子束反应。 ■负胶:聚合物曝光后会由非聚合态变为聚合状态,形成一种互相粘结的物质,抗刻蚀的,大多数负胶里面的聚合物是聚异戊二烯类型的,早期是基于橡胶型的聚合物。 ■正胶:其基本聚合物是苯酚-甲醛聚合物,也称为苯酚-甲醛Novolak树脂,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。

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