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光刻工艺培训资料 光刻过程 分类 工艺参数

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§ 9.1 光刻的工艺流程 光刻工艺的主要步骤: (a)涂胶(甩胶); 之前需要脱水烘焙,甩胶(加HMDS) (b)前烘 去溶剂,减少污染和显影损失 (c)光刻胶通过掩膜曝光; 胶受光变为乙烯酮,再变为羧酸(易溶于碱液) (d)显影后的图形; 图形检查,不合格的返工,用丙酮去胶 (e)坚膜:除去光刻胶中的剩余溶液,增加附着力 和抗蚀能力。温度高于前两种。 (f)刻蚀氧化层和去胶(干法和湿法)。 Substrate Pretreatment 1. Dehydrating Bake Dehydrate and remove physically adsorbed water. 2. HMDS(hexamethyldisilazane) Priming React with silanol on the surface of silicon substrate and form hydrophobic surface on surface. Hydrophobic Hydrophilic OH OH H + (CH3)3Si N CH3 Si(CH3)3 CH3 Si CH3 CH3 O CH3 Si CH3 O + NHH33 • 下述图了以光在刻工SiO艺2薄的膜主上要形步成骤图。形首为先例在,有描 SiO2覆盖的硅片表面涂布一层对紫外光 敏感材料,这种材料是一种液态物质叫 做光刻胶。将少量液态光刻胶滴在硅片 上,再经过高速旋转后,则在硅片表面 形成一层均匀的光刻胶薄膜。甩胶之后, 在较低的温度(80oC-100oC)下进行一定时 间烘焙,其目的是,使光刻胶中的溶剂 挥发,从而改善光刻胶与表面的粘附性。 硬化后的光刻胶与照像所使用的感光胶 相似。 UV 波 长 (nm) 436 波长名 G线 UV发射源 汞灯 特征尺寸 (μm) 0.5 405 H线 汞灯 0.4 365 I线 汞灯 0.35 248 深 紫 外 汞灯或氟化氪 ≤0.25 (DUV) 准分子激光 193 深 紫 外 氟化氩准分子 ≤0.18 (DUV) 激光 157 真 空 紫 外 氟 ( F2 ) 准 ≤0.15 (VUV) 分子激光 •接下来用UV光通过掩模版的透光区使光刻胶曝光, 如图(b)所示。掩模版是预先制备的玻璃或石英版, 其暗区上可复以制阻有挡需U要V转光移线到通S过iO。2薄曝膜光上区的域图中形的。光掩刻模胶版会的发 生化学反应,反应的类型与光刻胶的种类有关。对于 负性光刻胶,在经过光照的区域会发生聚合反应,变 得难以去除。浸入显影剂之后,曝光区域发生聚合反 应的负胶保留下来,而没有曝光的区域的负胶被分解 掉,溶于显影液中。经过显影之后的负胶图形如图(c) 的右图所示。正性的光刻胶中含有大量的感光剂,可 以显著地抑制正胶在碱性显影液中的溶解速度。经过 曝光之后,感光剂发生分解,使得曝光区域的正胶被 优先除去,其效果如图(c)的左图所示。从应用的过 程来看,负胶在早期的IC工艺中广泛应用。现在正胶 的应用已经成为主流,因为正胶可以提供更好的图形 控制。 • 最 上 。后经的过步曝骤光包和括显把影图之形后转,移立到即SiO将2薄光刻膜 胶在120oC-180oC温度下进行20到30分钟 的加热,称为坚膜。坚膜可以增强光刻 胶与硅片之间的附着力并且提高光刻胶 在后续的刻蚀过程中的抗蚀性。采用酸 (刻对胶Si保O2护使区用缓域冲的氢硅氟片酸表)面腐上蚀的掉材没料有。被然光 后,将剩余的光刻胶去掉。去胶过程可 以采用化学溶剂使光刻胶先膨胀再除去, 或者通过氧等离子来氧化掉光刻胶,后 者也称为灰化。 §9.3 光刻胶的基本属性 • 正胶:获得的光刻胶图形与掩模版上金 属图形相同。 (受光区域显影后可溶) • 负胶:光刻胶图形与金属图形相反 (受光区域显影后不可溶) • 正胶的分辨率高一些 光刻胶成分: • 1)聚合物材料(树脂),在辐照下不反应, 保证抗蚀性和附着性,决定了胶厚、弹性、 热稳定。 • 2)感光材料(复合物),受光后反应。 (对于正胶,起抑制溶解作用) • 3)溶剂(丙二醇一甲基乙醚)使胶保持液态 光刻胶的特性: • 分辨率 • 光敏度 • 对比度 • 粘附性 • 抗蚀性 • 粘滞性 参数分类: 1)光学性质(光敏度,折射率,对比度) 2)力学和化学特性。(抗腐蚀性、热稳定 性、流动性) 3)其它(纯度,金属含量等) 9.3.1 分辨率:某种光刻胶光刻时所能得到 的光刻图的最小尺寸(平均分子量越高、 分子量分散越大,则分辨率越低) 9.3.2 对比度:光刻胶区分掩模上亮区和暗 区能力的衡量标准。(光刻胶上从曝光 区到非曝光区过渡的陡度) 把一定厚度的光刻胶膜在不同辐照剂量下 曝光,然后测定显影后剩余的膜厚。 • 对比度定义: =(Y2-Y1)/(X2-X1); 其中Y2=0,Y1=1.0; X2=lgET, X1=lgEl ET为最小曝光剂量; 曝光剂量(mJ/cm2)= 曝光强度(mw/cm2)×曝光时间 • 光在胶中衰减成: I=I0e-z(为胶中的光学吸收系数) • =1/(+TR) TR为胶厚,、为常数 • TR为零时可以获得最大的对比度。 • (实际希望越大,胶越陡越好,线宽小 时减少后刻蚀的钻蚀) 两种情况决定胶的陡度: 1.光的衍射、散射(没有衍射就会陡) 2.胶的对比度 (没有部分溶解,即会陡) • 调制转移函数(MTF) MTF是光学反差的度量,MTF越大成像越好 Imax是曝光图形上最大的辐照强度。 Imin是曝光图形上最小的辐照强度。 •定义光刻胶的临界调制转移函数: •CMTF=(D100-D0)/(D100+D0) 即CMTF=(101/-1)/(101/+1) 一般来说CMTF~0.4 •CMTF是光刻胶分辨率的度量 判断依据: •如果MTFCMTF图像可能分辨 (D100 = Imaxt;D0 = Imin t,MTF=CMTF) 9.3.2 光刻胶的膨胀 显影液渗透到光刻胶中会引起膨胀,使线条 变粗;胶越薄,膨胀越小 显影后:负胶膨胀>正胶膨胀 (小于3μ的图形基本为正胶替代) 正胶从表面开始溶解;负胶是先浸透光刻胶, 形成凝胶体→分解 同样分辨率下,正胶可比负胶厚,抗蚀强 9.3.3 光敏度 完成所需图形曝光的最小曝光剂量,由曝光 效率决定 曝光效率=参与曝光的光子能量/吸收光子能量 •一般负胶的曝光效率高 •曝光效率大可减少曝光时间,但不易储存 9.3.4 抗蚀能力 即在图形转移过程中光刻胶抗刻蚀的能力 • 抗湿法腐蚀强 • 抗干法刻蚀弱(胶要求能经受200度温度) §9.4 抗反射涂层工艺(ARC) 9.4.1 驻波效应 • 进入胶中的光波没被完全吸收,会在衬 底反射,与入射光发生干涉,形成驻波 • 在x=0, /2, ,3  /2…处扰动总为零 (波节) • 解决方案(1)曝光后烘焙 (2)抗反射涂层 9.4.2 邻近散射 9.4.3 底层抗反射涂层(BARC) 特点:位于光刻胶和衬底之间,可产生1/4 波长的光程差。(吸收大部分光,并使反 射光产生180度相移,减弱干涉光强)。 形成:淀积(PVD或CVD) 材料:TiN,SiNxOy,SixNy

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