集成電路制造技術(shù)習(xí)題解答(第4單元)

復(fù)習(xí)題ULSI中對(duì)光刻技術(shù)的根本要求？答：一般來(lái)說(shuō)，在ULSI中對(duì)光刻技術(shù)的根本要求包括五方面：①高區(qū)分率。隨著集成電路集成度的不斷提高，加工的線條越來(lái)越精細(xì)，要求光刻的圖形具有高區(qū)分率。在集成電路工藝中，通常把線寬作為光刻水平的標(biāo)志，一般也可以用加工圖形線寬的力量來(lái)代表集成電路的工藝水平。②高靈敏度的光刻膠。光刻膠的靈敏度通常是指光刻膠的感光速度。在集成電路工藝中為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，期望曝光時(shí)間愈短愈好。為了減小曝光所需的時(shí)間，需要使用高靈敏度的光刻膠。光刻膠的靈敏度與光刻膠的成份以及光刻工藝條件都有關(guān)系，而且伴隨著靈敏度的提高往往會(huì)使光刻膠的其它屬性變差。因此，在確保光刻膠各項(xiàng)屬性均為優(yōu)異的前提下，提高光刻膠的靈敏度已經(jīng)成為了重要的爭(zhēng)論課題。③低缺陷。在集成電路芯片的加工過(guò)程中，假設(shè)在器件上產(chǎn)生一個(gè)缺陷，即使缺陷的尺寸小于圖形的線寬，也可能會(huì)使整個(gè)芯片失效。通常芯片的制作過(guò)程需要經(jīng)過(guò)幾十步甚至上百步的工序，在整個(gè)工藝流程中一般需要經(jīng)過(guò)10~20次左右的光刻，而每次光刻工藝中都有可能引入缺陷。在光刻中引入缺陷所造成的影響比其他工藝更為嚴(yán)峻。由于缺陷直接關(guān)系到成品率，所以對(duì)缺陷的產(chǎn)生緣由和對(duì)缺陷的掌握就成為重要的研ULSI中的圖形線寬在m以下，因此對(duì)套刻的要求也就格外高。一般器件構(gòu)造允許的套刻精度為線寬的±10%左右。這種要求單純依靠高精度機(jī)械加工和人工手動(dòng)操作已很難實(shí)現(xiàn)，通常要承受自動(dòng)套刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。⑤對(duì)大尺寸硅片的加工。集成電路芯片的面積很小，即便對(duì)于ULSI的芯片尺寸也只有1~2cm2左右。為了提高經(jīng)濟(jì)效益和硅片利用率，一般承受大尺寸的硅片，也就是在一個(gè)硅片上一次同時(shí)制作很多完全一樣的芯片。承受大尺寸的硅片帶來(lái)了一系列的技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于光刻而言，在大尺寸硅片上滿足前述的要求難度更大。而且環(huán)境溫度的變化也會(huì)引起硅片的形變〔膨脹或收縮難題。什么是光刻，光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)有那些？答：光刻(photolithography)就是將掩模版〔光刻版上的幾何圖形轉(zhuǎn)移到掩蓋在半導(dǎo)體襯底外表的對(duì)光輻照敏感薄膜材料〔光刻膠〕上去的工藝過(guò)程。光刻系統(tǒng)的主要指標(biāo)包括區(qū)分率〔resolutio、焦深depthoffocuDO、比照度CO、特征線寬criticaldimensioC〕掌握、對(duì)準(zhǔn)和套刻精度alignmentandoverla、產(chǎn)率throughou〕及價(jià)格。試簡(jiǎn)述硅集成電路平面制造工藝流程中常規(guī)光刻工序正確的工藝步驟。答：一般的光刻工藝要經(jīng)受底膜處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、刻蝕、去膠、檢驗(yàn)工序。底膜處理是光刻工藝的第一步，其主要目的是對(duì)硅襯底外表進(jìn)展處理，以增加襯底與光刻膠之間的黏附性。底膜處理包括以下過(guò)程：清洗、烘干和增粘處理。(硅片)，直至到達(dá)需要的旋轉(zhuǎn)速度；③到達(dá)所需的旋轉(zhuǎn)速度后，保持肯定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)。前烘就是在肯定的溫度下，使光刻膠膜里面的溶劑緩慢地、充分地逸出來(lái)，使光刻膠膜枯燥，其目的是增加光刻膠與襯底間的粘附性，增加膠膜的光吸取和抗腐蝕力量，以及緩和涂膠過(guò)程中膠膜內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力等。曝光是使光刻掩模版與涂上光刻膠的襯底對(duì)準(zhǔn)，用光源經(jīng)過(guò)光刻掩模版照耀襯底，使承受到光照的光刻膠的光學(xué)特性發(fā)生變化。曝光中要特別留意曝光光源的選擇和對(duì)準(zhǔn)。曝光后在光刻膠層中形成的潛在圖形，經(jīng)過(guò)顯影便顯現(xiàn)出來(lái)，形成三維光刻膠圖形，這一步驟稱為顯影。堅(jiān)膜也是一個(gè)熱處理步驟，就是在肯定的溫度下，對(duì)顯影后的襯底進(jìn)展烘焙。堅(jiān)膜的主要作用是除去光刻膠中剩余的溶劑，增加光刻膠對(duì)硅片外表的附著力，同時(shí)提高光刻膠在刻蝕和離子注入過(guò)程中的抗蝕性和保護(hù)力量。在顯影和烘焙之后就要完成光刻掩膜工藝的第一次質(zhì)檢，通常叫顯影檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的目的是區(qū)分那些有很低可能性通過(guò)最終掩膜檢驗(yàn)的襯底；供給工藝性能和工藝掌握數(shù)據(jù)；以及分揀出需要重做的襯底?？涛g就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒(méi)有被光刻膠〔經(jīng)過(guò)曝光和顯影后的〕掩蓋和保護(hù)的那局部去除掉，到達(dá)將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到其下層材料上的目的。光刻膠除了在光刻過(guò)程中用作從光刻掩模版到襯底的圖形轉(zhuǎn)移媒介，還用做刻蝕時(shí)不需刻蝕區(qū)域的保護(hù)膜。當(dāng)刻蝕完成后，光刻膠已經(jīng)不再有用，需要將其徹底去除，完成這一過(guò)程的工序就是去膠。此外，刻蝕過(guò)程中殘留的各種試劑也要去除掉根本的光刻工藝過(guò)程中，最終步驟是檢驗(yàn)。襯底在入射白光或紫外光下首先承受外表目檢，以檢查污點(diǎn)和大的微粒污染。之后是顯微鏡檢驗(yàn)或自動(dòng)檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)缺陷和圖案變形。對(duì)于特定的光刻版級(jí)別的關(guān)鍵尺寸的測(cè)量也是最終檢驗(yàn)的一局部。對(duì)光刻質(zhì)量的檢測(cè)手段主要有：顯微鏡目檢、線寬掌握和對(duì)準(zhǔn)檢查。光刻技術(shù)中的常見問(wèn)題有那些？答：半導(dǎo)體器件和集成電路的制造對(duì)光刻質(zhì)量有如下要求：一是刻蝕的圖形完整，尺寸準(zhǔn)確，邊緣整齊陡直；二是圖形內(nèi)沒(méi)有針孔；三是圖形外沒(méi)有殘留的被腐蝕物質(zhì)。同時(shí)要求圖形套刻準(zhǔn)確，無(wú)污染等等。但在光刻過(guò)程中，常消滅浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。SiO2起的光刻膠圖形膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象。所以，浮膠現(xiàn)象的產(chǎn)生與膠膜的粘附性有親熱關(guān)系。腐蝕時(shí)，假設(shè)腐蝕液滲透光刻膠膜的邊緣，會(huì)使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞掩蔽集中的氧化層或鋁條的完整性。假設(shè)滲透腐蝕較輕，圖形邊緣消滅針狀的局部破壞，習(xí)慣上就稱為毛刺；假設(shè)腐蝕嚴(yán)峻，圖形邊緣消滅“鋸齒狀”或“繡花球”樣的破壞，就稱它為鉆蝕。在氧化層上，除了需要刻蝕的窗口外，在其它區(qū)域也可能產(chǎn)生大小一般在l~3微米的細(xì)小孔洞。這些孔洞，在光刻工藝中稱為針孔。小島，是指在應(yīng)當(dāng)將氧化層刻蝕干凈的集中窗口內(nèi)，還留有沒(méi)有刻蝕干凈的氧化層局部區(qū)域，它的外形不規(guī)章，很象“島嶼光刻工藝對(duì)掩模版有那些質(zhì)量要求？答：集成電路生產(chǎn)中，光刻工藝對(duì)掩模版的質(zhì)量要求歸納有如下幾點(diǎn)：①構(gòu)成圖形陣列的每一個(gè)微小圖形要有高的圖像質(zhì)量，即圖形尺寸要準(zhǔn)確，盡可能接近設(shè)計(jì)尺寸的要求，且圖形不發(fā)生畸變。②圖形邊緣清楚、銳利，無(wú)毛刺，過(guò)渡區(qū)要小，即充分光密度區(qū)〔黑區(qū)〕應(yīng)盡可能陡直地過(guò)渡到充分透亮區(qū)〔白區(qū)。圖形區(qū)內(nèi)應(yīng)有掩蔽作用，圖形區(qū)外應(yīng)完全透過(guò)紫外線或?qū)馕∥⑿　D形內(nèi)應(yīng)無(wú)針孔，圖形外應(yīng)無(wú)黑點(diǎn)。一些特別器件對(duì)過(guò)渡區(qū)的要求更加苛刻。③整套掩模中的各塊掩模能很好地套準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)誤差要盡量地小。④圖形與襯底要有足夠的反差〔光密度差，一般要求達(dá)2.5以上，同時(shí)透亮區(qū)應(yīng)無(wú)灰霧。⑤掩模應(yīng)盡可能做到無(wú)“針孔⑥版面平坦、光滑、結(jié)實(shí)耐用。版子要結(jié)實(shí)耐磨，不易變形。圖形應(yīng)不易損壞。由于掩模版在光刻時(shí)可能要與硅片接觸并發(fā)生摩擦，極易損壞，假設(shè)掩模版不結(jié)實(shí)耐磨，則其使用壽命很短，常常更換版很不經(jīng)濟(jì)。簡(jiǎn)述集成電路的常規(guī)掩模版制備的工藝流程。答：硅平面晶體管或集成電路掩模版的制作，一般地講，要經(jīng)過(guò)原圖繪制〔包括繪總圖和刻分圖、初縮、精縮兼分步重復(fù)、復(fù)印陰版和復(fù)印陽(yáng)版等幾步。掩模版制造人員依據(jù)圖形產(chǎn)生的磁帶數(shù)據(jù)，再加上不同的應(yīng)用需求及規(guī)格，會(huì)選用不同的制作流程。①幅員繪制：在幅員設(shè)計(jì)完成后，一般將其放大100~1000倍〔通常為500倍總圖。②刻分層圖：生產(chǎn)過(guò)程中需要幾次光刻版，總圖上就含有幾個(gè)層次的圖形。為了分層制出各次光刻〔稱為紅膜的紅色薄膜層上刻出各個(gè)層次的圖形，揭掉不要的局部，形成紅膜表示的各層次圖形。這一步又稱為刻紅膜。③初縮：對(duì)紅膜圖形進(jìn)展第一次縮小，得到大小為最終圖形十倍的各層初縮版。其過(guò)程與照相完全一樣。④精縮兼分布重復(fù)：一個(gè)大圓片硅片上包含有成百上千的管芯，所用的光刻版上固然就應(yīng)重復(fù)排列有成百上千個(gè)一樣的圖形。因此本步任務(wù)有兩個(gè)：首先將初縮版的圖形進(jìn)一步縮小為最終的實(shí)際大小，并同時(shí)進(jìn)展分布重復(fù)。得到可用于光刻的正式掩模版。直接由精縮和分步重復(fù)得到的叫做母版。⑤復(fù)?。涸诩呻娐飞a(chǎn)的光刻過(guò)程中，掩模版會(huì)受磨損產(chǎn)生傷痕。使用肯定次數(shù)后就要換用掩模版。因此同一掩模工作版的需要數(shù)量是很大的，假設(shè)每次工作版都承受精縮得到的母版是很不經(jīng)濟(jì)的。因此在得到母版后要承受復(fù)印技術(shù)復(fù)制多塊工作掩模版供光刻用。簡(jiǎn)述表征光刻膠特性、性能和質(zhì)量的參數(shù)。答：表征光刻膠性質(zhì)的量有下面幾個(gè)：1響應(yīng)波長(zhǎng)是能使光刻膠構(gòu)造發(fā)生變化的光〔或射線〕的波長(zhǎng)。為了提高光學(xué)光刻的區(qū)分率，光刻膠在向短波方向進(jìn)展。400-550nm；氙-汞燈作為光源承受近紫外膠，響應(yīng)波360nm四周；190nm的極紫外光刻膠正在爭(zhēng)論之中。電子束光刻膠對(duì)電子束有響應(yīng)。2光刻膠的靈敏度是指單位面積上入射的使光刻膠全部發(fā)生反響的最小光能量或最小電荷量〔對(duì)電子束膠。靈敏度以毫焦每平方厘米或mJ/cm2為單位。供給應(yīng)光刻膠的光能量值通常稱為曝光量。靈敏度越高，需要的光〔或射線〕能量越小，曝光時(shí)間越短。靈敏度太低會(huì)影響生產(chǎn)效率，所以通常期望光刻膠有較高的靈敏度。但靈敏度太高會(huì)影響區(qū)分率。通常負(fù)膠的靈敏度高于正膠。3一些干法刻蝕工藝要在高溫〔如150℃〕下完成，這需要光刻膠具有熱穩(wěn)定性以保持其外形?？刮g性越強(qiáng)，光刻膠性能越好。4對(duì)于液體光刻膠來(lái)說(shuō)，粘滯性是評(píng)價(jià)其流淌特性的定量指標(biāo)。粘滯性與時(shí)間相關(guān)，由于它會(huì)在使用中隨著光刻膠中溶劑的揮發(fā)而增加。粘滯性格外重要，由于硅片外表具有各種形貌，例如臺(tái)階和狹縫，在這些地方，它會(huì)影響光刻膠的厚度和均勻性。隨著粘滯性增加，光刻膠流淌的趨勢(shì)變小，它在硅片上的厚度增加，區(qū)分率下降，但是抗蝕力量增加。因此，選擇膠的粘度時(shí)應(yīng)依據(jù)需要來(lái)確定。5多晶硅、二氧化硅〔摻雜的和未摻雜的、氮化硅和不同的金屬。光刻膠粘附性的缺乏會(huì)導(dǎo)致硅片外表〔例如刻蝕和離子注入〕條件。6、光刻膠的膨脹3μm圖形的狀況，根本使用正膠來(lái)代替負(fù)膠。正膠的分子量通常都比較低，在顯影液中的溶解機(jī)制與負(fù)膠不同，所以正膠幾乎不會(huì)發(fā)生膨脹。由于正膠不膨脹，區(qū)分率就高于負(fù)膠。另外，減小光刻膠的厚度有助于提高區(qū)分率。因此使用較厚從而得到更好的平臺(tái)掩蓋并能降低缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)抗干法刻蝕的力量也更強(qiáng)。7、微粒數(shù)量和金屬含量光刻膠的純潔度與光刻膠中的微粒數(shù)量和金屬含量有關(guān)。為了滿足對(duì)光刻膠中微粒數(shù)量的掌握，光刻膠在生產(chǎn)的過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的過(guò)濾和超凈的包裝。通過(guò)嚴(yán)格的過(guò)濾和超凈包裝，可以得到高純度的光刻膠。此外，即便得到了高純度的光刻膠，在使用前仍舊需要進(jìn)展過(guò)濾。由于即便在生產(chǎn)的過(guò)程中光刻膠已經(jīng)經(jīng)過(guò)了過(guò)濾和密封包裝，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加，光刻膠中的微粒數(shù)量還會(huì)連續(xù)增加。過(guò)濾的精度越高，相應(yīng)的本錢也越高。光刻膠的過(guò)濾通常是在枯燥的惰性氣體(如氮?dú)?中進(jìn)展的。依據(jù)需要選0.1μm以上的微粒都需要除去。光刻膠的金屬含量主要是指鈉和鉀在光刻膠中的含量。由于光刻膠中的鈉和鉀會(huì)帶來(lái)污染，降低器件的性能。通常要求光刻膠的金屬含量越低越好，特別是鈉需要到達(dá)50萬(wàn)分之一原子。這種低濃度的鈉和鉀可以通過(guò)原子吸取光譜分光光度計(jì)來(lái)測(cè)量。8、儲(chǔ)存壽命(負(fù)膠易于自動(dòng)聚合成膠化團(tuán))。從熱敏性和老化狀況來(lái)看，DQN正膠在封閉條件下儲(chǔ)存是比較穩(wěn)定的。假設(shè)儲(chǔ)存得當(dāng)，DQN正DQNDQN鏈接。這兩種因素都增加了光刻膠中微粒的濃度，所以光刻膠在使用前需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾。承受適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸和存儲(chǔ)手段，在特定的條件下保存以及使用前對(duì)光刻膠進(jìn)展過(guò)濾，這都有利于解決光刻膠的老化問(wèn)題。試簡(jiǎn)述負(fù)性光致抗蝕劑曝光前和曝光后在其顯影溶劑中的溶解特性差異，并表達(dá)正性光致杭蝕劑曝光前和曝光后在其顯影溶劑中的溶解特性差異。答：當(dāng)前常用的正膠由以下物質(zhì)組成：堿溶性的酚醛樹脂，光敏劑鄰重氮醌和溶劑二甲苯等。響應(yīng)波長(zhǎng)330-430nm，膠膜厚1-3μm，顯影液是氫氧化鈉等堿性物質(zhì)。曝光的鄰重氮醌退化，與樹脂一同易溶于顯影液，未曝光的鄰重氮醌和樹脂構(gòu)成的膠膜難溶于堿性顯影液。但是，假設(shè)顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，膠膜均溶于顯影液，所以，用正膠光刻要掌握好工藝條件。正膠，曝光局部發(fā)生了光化學(xué)反響，未曝光局部無(wú)變化，因此顯影簡(jiǎn)潔，且圖形邊緣齊整，無(wú)溶漲現(xiàn)象，光刻的區(qū)分率高。目前這種膠的區(qū)分率在0.25μm以上。光刻最終的去膠也較簡(jiǎn)潔。簡(jiǎn)述光刻膠的成分特征。答：光學(xué)光刻膠通常包含有三種成份：①聚合物材料(也稱為樹脂)：聚合物材料在光的輻照下不發(fā)生化學(xué)反響，其主要作用是保證光刻膠薄膜的附著性和抗腐蝕性，同時(shí)也打算了光刻膠薄膜的其它一些持性(如光刻膠的膜厚、彈性和熱穩(wěn)定性)。(簡(jiǎn)稱PAC或感光劑)正膠的感光劑在未曝光區(qū)域起抑制溶解的作用，可以減慢光刻膠在顯影液中的溶解速度。在正性光刻膠暴露于光線時(shí)有化學(xué)反響發(fā)生，使抑制劑變成了感光劑，從而增加了膠的溶解速率。③溶劑(如丙二醇一甲基乙醚，簡(jiǎn)稱PGME)：溶劑的作用是可以掌握光刻膠機(jī)械性能(例如基體黏滯性)，并使其在被涂到硅片外表之前保持為液態(tài)。光學(xué)區(qū)分率增加技術(shù)主要包括那些？答：從廣義上講，區(qū)分率增加技術(shù)包括移相掩模技術(shù)〔 phaseshiftmask、離軸照明技術(shù)illumination)、光學(xué)鄰近效應(yīng)校正技術(shù)(opticalproximitycorrection)、光瞳濾波技術(shù)〔pupilfilteringtechnology〕以及其它一切在不增大數(shù)值孔徑和不縮短曝光波長(zhǎng)的前提下，通過(guò)轉(zhuǎn)變光波波前，來(lái)提高光刻區(qū)分率，增大焦深和提高光刻圖形質(zhì)量的技術(shù)和方法。紫外光的常見曝光方法有那些？答：紫外〔UV〕的曝光方法主要有接觸式曝光、接近式曝光和投影式曝光。后光刻時(shí)代有那些光刻技術(shù)？答：浸入式光刻、納米壓印光刻、極紫外光刻〔EUV〕和無(wú)掩模(ML2)一起成為后光刻技術(shù)時(shí)代的候選技術(shù)。光刻設(shè)備主要有那些？答：接觸式光刻機(jī)；接近式光刻機(jī)；掃描投影光刻機(jī)；分步重復(fù)投影光刻機(jī)；步進(jìn)掃描光刻機(jī)。抱負(fù)的刻蝕工藝具有的特點(diǎn)？答：抱負(fù)的刻蝕工藝必需具有以下特點(diǎn)：①各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒(méi)有橫向鉆蝕。這樣才能保證準(zhǔn)確地在被刻蝕的薄膜上復(fù)制出與抗蝕劑上完全全都的幾何圖形；②良好的刻蝕選擇性，即對(duì)作為掩模的抗蝕劑和處于其下的另一層薄膜或材料的刻蝕速率都比被刻蝕薄膜的刻蝕速率小得多，以保證刻蝕過(guò)程中抗蝕劑掩蔽的有效性，不致發(fā)生由于過(guò)刻蝕而損壞薄膜下面的其他材料；③加工批量大，掌握簡(jiǎn)潔，本錢低，對(duì)環(huán)境污染少，適用于工業(yè)生產(chǎn)。影響刻蝕工藝的因素有那些？答：影響刻蝕工藝的因素分為外部因素和內(nèi)部因素。外部因素主要包括設(shè)備硬件的配置以及環(huán)境的溫度、濕度影響，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，外部因素只能記錄，很難轉(zhuǎn)變，要做好的就是優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)比較抱負(fù)的試驗(yàn)結(jié)果。內(nèi)部因素就是在設(shè)備穩(wěn)定的狀況下對(duì)工藝結(jié)果起到打算性作用，以下所列因素對(duì)于刻蝕速率、形貌等均起到重要作用。①工作壓力的選擇：對(duì)于不同的要求，工作壓力的選擇很重要，壓力取決于通氣量和泵的抽速，合理的壓力設(shè)定值可以增加對(duì)反響速率的掌握、增加反響氣體的有效利用率等。②RF功率的選擇：RF功率的選擇可以打算刻蝕過(guò)程中物理轟擊所占的比重，對(duì)于刻蝕速率和選擇RF功率、反響氣體的選擇和氣體通入的方式可以掌握刻蝕過(guò)程為同步刻蝕亦或是BOSCH工藝。③ICP功率：ICP功率對(duì)于氣體離化率起到關(guān)鍵作用，保證反響氣體的充分利用，我們的設(shè)備ICP2500WICP功率的增加氣體離化率也相應(yīng)增加，可增加到肯定程度時(shí)，離化率趨向于飽和，此時(shí)再增加ICP功率就會(huì)造成鋪張。4④襯底溫度和反響室溫度：溫度掌握對(duì)于襯底本身和掩膜〔特別是膠掩膜〕的意義重大，目前大多數(shù)設(shè)備承受的是氦氣冷卻襯底反面的方式，反面掌握在20℃左右。46、和8 ⑤反響氣體的選擇和配比：以硅的刻蝕為例，刻蝕設(shè)備通了四路氣體SF、C46、和8

CF。其中和SF CF和6 48

作為反響氣體參與刻蝕過(guò)程，O

CF作為清洗氣體負(fù)責(zé)設(shè)備的CLEAN過(guò)程。選擇適宜的24流量和氣體通入的時(shí)間比會(huì)很大程度上影響刻蝕面的側(cè)