超大规模集成电路技术基础4.ppt

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1、第第4章章 光光 刻刻：将掩模上的图形转移到覆盖在晶片表面的：将掩模上的图形转移到覆盖在晶片表面的上的工艺过程。上的工艺过程。4.1 光学光刻光学光刻4.1.1 超净间超净间（1）尘埃粒子对晶片及光学掩模的影响：）尘埃粒子对晶片及光学掩模的影响：图图4-1 影响掩模的方式影响掩模的方式形成针孔形成针孔引起短路引起短路造成电流收缩或膨胀造成电流收缩或膨胀（2）超净间等级）超净间等级n：超净间单位立方英尺可允许：超净间单位立方英尺可允许 0.5 及以上尘埃的最大数目。及以上尘埃的最大数目。例如：例如：100级级 存在存在0.5 以上粒子尘埃以上粒子尘埃100 ；10级级 存在存在0.5 以上粒子尘

2、埃以上粒子尘埃10 。n：超净间单位立方米可允许：超净间单位立方米可允许0.5 及以上粒子尘埃最大数目及以上粒子尘埃最大数目 （以（以10为底）的对数值。为底）的对数值。例如：例如：级级 存在存在0.5 以上粒子尘埃以上粒子尘埃3500 ；级级 存在存在0.5 以上粒子尘埃以上粒子尘埃350 。这是由于：这是由于：;。n ：由于由于 ，；由于由于 ，。3粒/英尺3粒/英尺3粒/m3粒/m10log 35003.543.5M级10log 3502.542.5M级331003500粒/ft粒/m1003.5M级级3310350粒/ft粒/m102.5M级级mmmmmm3.5M2.5M 普通超净间：

3、普通超净间：光刻超净间：光刻超净间：3.5M级2.51.5MM级或级图图4-2 超净间等级分布：超净间等级分布：英制（英制（-）公制（）公制（）（1）性能参数）性能参数：不失真转移到晶片上抗蚀剂膜的最小图形尺寸。：不失真转移到晶片上抗蚀剂膜的最小图形尺寸。：掩模之间在晶片上形成图形的套准精度。：掩模之间在晶片上形成图形的套准精度。：对给定的掩模每小时能曝光的晶片数。：对给定的掩模每小时能曝光的晶片数。4.1.2 曝光设备曝光设备（2）曝光方式）曝光方式n ：接触式接触式复制复制 和和 接近式接近式复制复制 复制最小线宽（临界尺寸）：复制最小线宽（临界尺寸）：（：光波长；：光波长；：掩模和晶片间

4、隙：掩模和晶片间隙）图图4-3 遮蔽式复制技术遮蔽式复制技术gCDg尘埃引起的缺陷尘埃引起的缺陷光学衍射和大尺光学衍射和大尺寸尘埃引起的分寸尘埃引起的分辨率下降。辨率下降。：扫描式扫描式复制和（精缩）复制和（精缩）分步重复式分步重复式复制复制图图4-4 投影式复制投影式复制（3）：分辨率分辨率和和焦深焦深（DOF）n：（：光波长，：光波长，：工艺因子：工艺因子）投影系统投影系统（数值孔径）（数值孔径）（:介质折射率）介质折射率）n （焦深）：（焦深）：（：工艺因子）：工艺因子）【分析】【分析】与与 之间的平衡选择：使用短波。之间的平衡选择：使用短波。1mlkNA图图4-5 投影成像系统投影成像

5、系统n1ksinNAnml22()DOFkNA2kDOF（4）曝光光源）曝光光源n 高压汞弧灯高压汞弧灯 可见光谱区：可见光谱区：G、H、I 线线 （I 线分辨率：线分辨率：0.3 ）图图4-6 汞弧灯光谱汞弧灯光谱mn 深紫外光源（深紫外光源（）准分子激光器（准分子激光器（248 nm）：分辨率）：分辨率 准分子激光器（准分子激光器（193 nm）：分辨率）：分辨率 准分子激光器（准分子激光器（157 nm）：分辨率）：分辨率n 极短紫外光源极短紫外光源 EUV（）激光等离子体和同步加速器：分辨率激光等离子体和同步加速器：分辨率2FKrFArF100300nm1014nm0.18 m0.10

6、 m0.07 m0.03 m4.1.3 掩模掩模（1）掩模制备）掩模制备 电路制图电路制图 电子束光刻系统电子束光刻系统 电子抗蚀剂电子抗蚀剂 掩模铬层掩模铬层 CAD系统系统 图形发生器图形发生器（2）掩模衬底）掩模衬底 熔融石英平板（熔融石英平板（）：低热延展系数）：低热延展系数，高光透过率，高光透过率，高机械强度。高机械强度。15 15 0.6cm图图4-7 光学掩模光学掩模（3）成品率曲线）成品率曲线 成品率成品率 （：掩模层数，：掩模层数，：缺陷密度，：缺陷密度，：IC 缺陷面积缺陷面积）0CND AYe图图4-8 成品率曲线（成品率曲线（N=10层）层）NCA0D4.1.4 光致抗

7、蚀剂光致抗蚀剂（1）：由：由感光剂感光剂、树脂树脂和和有机溶剂有机溶剂构成。构成。：吸收光能导致化学结构变化，而吸收光能导致化学结构变化，而于显影液，于显影液，形成与掩模形成与掩模的图像。的图像。：吸收光能导致有机物发生链反应，引起分子间吸收光能导致有机物发生链反应，引起分子间 交联构成分子量很高的聚合物，而交联构成分子量很高的聚合物，而于显影液，形成与于显影液，形成与 掩模掩模的图像。的图像。注意注意n 负性抗蚀剂能吸收显影液而膨胀，限制了分辨率。负性抗蚀剂能吸收显影液而膨胀，限制了分辨率。（CAR）：由）：由光敏产酸剂光敏产酸剂、树脂树脂和和有机溶剂有机溶剂构成，用于构成，用于 深紫外线曝

8、光。深紫外线曝光。（2）描述物理量）描述物理量n （参见上图）（参见上图）n ：正性：正性 ，负性，负性 。11ln()TEE图图4-9 曝光响应曲线曝光响应曲线阈能值：灵敏度阈能值：灵敏度灵敏度灵敏度衍射造成边衍射造成边缘分布缘分布微量溶解度微量溶解度11ln()TEE4.1.5 图形转移图形转移（1）常规光刻工艺）常规光刻工艺 ：去水烘烤去水烘烤 涂底（涂底（HMDS）软烤（前烘软烤（前烘:,）曝光曝光 烘烤（烘烤（，）显影显影 硬烤（后烘、坚膜硬烤（后烘、坚膜:，）腐蚀腐蚀 去胶去胶0100180 C图图4-10 旋转涂胶工艺旋转涂胶工艺12min12min090120 C0110130 C60120s厚度厚度：滴胶滴胶：2000 转转/min30s甩胶甩胶：600010000 转转/min323cm0.51 m六甲基二硅胺烷六甲基二硅胺烷图图4-11 常规光刻工艺常规光刻工艺（2）浮脱工艺）浮脱工艺图图4-12 浮脱工艺浮脱工艺选择性溶选择性溶解抗蚀剂解抗蚀剂沉淀膜厚度远沉淀膜厚度远小于抗蚀剂膜小于抗蚀剂膜4.1.6 分辨率增强工艺分辨率增强工艺（1）（PSM）（2）光学邻近矫正技术（）光学邻近矫正技术（OPC）：改变图形形状，提高识别能力。）：改变图形形状，提高识别能力。图图4-13 移相技术移相技术厚度厚度(1)2dn