微電子制造裝備概述

1、電子工業(yè)專用設(shè)備,主講教師：劉世元教授 吳懿平教授 辦公電話：87548116 移動電話電子郵件：,機(jī)械學(xué)院先進(jìn)制造大樓B310 武漢光電國家實驗室B102,講授內(nèi)容,第一講：微電子制造工藝流程（回顧） 第二講：微電子制造裝備概述 光刻工藝及基本原理 第三講：光刻機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理(1) 第四講：光刻機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理(2),上講內(nèi)容：CMOS工藝流程,錄像：IC制造工藝 CMOS工作原理 CMOS工藝流程 IC工藝及其分類 IC制造廠的工藝分區(qū),上講內(nèi)容：IC制造廠的工藝分區(qū),IC制造廠分為6個基本的工藝區(qū)（前端工藝）,本講內(nèi)容：微電子制造裝備概述,加法工藝,減法工藝,

2、圖形轉(zhuǎn)移工藝,輔助工藝,摻雜 擴(kuò)散 離子注入 薄膜 氧化 化學(xué)氣相淀積 濺射 外延 刻蝕 濕法刻蝕 干法刻蝕 拋光及清洗 化學(xué)機(jī)械平坦化 清洗 圖形轉(zhuǎn)移 光刻 測試及封裝 測試 封裝,后道工藝,擴(kuò)散爐 離子注入機(jī) 退火爐,氧化爐 CVD反應(yīng)爐 濺射鍍膜機(jī) 外延設(shè)備,濕法刻蝕機(jī) 反應(yīng)離子刻蝕機(jī),光刻機(jī) 涂膠顯影設(shè)備,CMP拋光機(jī) 硅片清洗機(jī),測試設(shè)備 劃片機(jī) 鍵合機(jī),擴(kuò)散工藝,擴(kuò)散(Difusion)是一種常用的襯底摻雜(Doping)工藝，使可控量的摻雜物(Dopant)進(jìn)入襯底的選定區(qū)域。 擴(kuò)散與離子注入（另一種摻雜工藝）不同，是一個緩慢注入的過程，且發(fā)生在高溫下。 擴(kuò)散的摻雜區(qū)域形狀與離子

3、注入所形成的不同。,擴(kuò)散爐,在所有半導(dǎo)體專用設(shè)備中，擴(kuò)散爐是集成電路生產(chǎn)線前工序的重要工藝設(shè)備之一。 主要用途是對半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜，即在高溫條件下將摻雜材料擴(kuò)散入硅片，從而改變和控制半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區(qū)域。 雖然某些工藝可以使用離子注入的方法進(jìn)行摻雜，但是熱擴(kuò)散仍是最主要、最普遍的摻雜方法。 硅的熱氧化作用是使硅片表面在高溫下與氧化劑發(fā)生反應(yīng)，生長一層二氧化硅膜。 氧化方法有干氧氧化和水汽氧化（含氫氧合成）兩種，擴(kuò)散爐是用這兩種氧化方法制備氧化層的必備設(shè)備。 擴(kuò)散爐是半導(dǎo)體集成電路工藝的基礎(chǔ)設(shè)備，它與半導(dǎo)體工藝互相依存、互相促進(jìn)、共同發(fā)展。,臥式擴(kuò)散爐,立式擴(kuò)

4、散爐,立式爐的優(yōu)點： 在擴(kuò)散爐口徑變大以后，恒溫區(qū)的橫截面溫度差臥式爐比立式大得多，立式爐更能滿足工藝要求； 立式擴(kuò)散/氧化爐能夠控制氧氣濃度達(dá)2030ppm，為達(dá)到特殊工藝要求甚至更低，使之滿足薄膜工藝要求； 有利于滿足自動化水平，實現(xiàn)自動裝卸片； 工藝過程中硅片在高溫狀態(tài)易變形,水平放置硅片變形??； 高溫擴(kuò)散及硅片破碎時，立式爐不需要清洗反應(yīng)管和石英舟，反應(yīng)部位的粘附物、顆粒少。,離子注入工藝,離子注入(Ion Implantation)是一種物理摻雜工藝，用于向襯底中摻雜。 將具有很高能量的雜質(zhì)離子(B, P, As)射入襯底晶片（俗稱靶）之中，并通過逐點掃描完成對整塊晶片的注入。 摻雜

5、深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定。 雜質(zhì)是通過質(zhì)量分析器單一地分選出來，整個摻雜過程都在高真空(10-4Pa)環(huán)境中進(jìn)行，注入物特別純凈，摻雜均勻性好，幾乎無玷污。 是一種低溫工藝（小于600）。注入一般在室溫（對硅靶）或溫度不高（砷化鎵靶溫不超過400）下進(jìn)行，拓寬了注入掩模的選擇，如光刻膠、鋁都可作注入掩模。,離子注入機(jī),離子注入現(xiàn)已成為優(yōu)選的IC摻雜工藝，其工藝設(shè)備為離子注入機(jī)。 離子注入機(jī)配有精密的電子儀器和機(jī)械裝置，晶片摻雜完全處于受控狀態(tài)，可以精確控制雜質(zhì)分布。,離子注入機(jī)工作原理,調(diào)節(jié)加速電壓可以將結(jié)深控制到亞微米數(shù)量級； 通過測量注入

6、時離子電荷的積累量，可在很寬范圍內(nèi)(5e101e17/cm2)精確（正負(fù)1%）控制摻雜總量，獲得高濃度雜質(zhì)，不受固溶度限制。 可以注入各種各樣的元素。 橫向擴(kuò)展比擴(kuò)散要小得多。 可以對化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。,退火工藝,離子注入特別適合高濃度、淺結(jié)和低濃度及具有特殊濃度分布截面摻雜層的制備。 離子注入會引起晶格損傷，即注入離子并不正好處于格點上，沒有電活性。 如果注入物質(zhì)是作為摻雜劑，則必須占據(jù)晶格位置。 注入損傷需要后續(xù)工藝來消除 退火(Annealing)或快速熱處理(RTP, Rapid Thermal Processing) 雜質(zhì)激活（將大部分注入雜質(zhì)移到晶格位置的過程）,注入前,注入后

7、,退火后,快速退火爐,快速加熱退火 RTA (Rapid Thermal Annealing) 以W燈照射使硅表面瞬間加熱從而實現(xiàn)退火，退火時間是以分秒計。 快閃燈照退火 FLA (Flash Lamp Annealing) 利用Xe閃光燈快速加熱，退火時間以毫秒計。 激光脈沖退火 LSA (Laser Spike Annealing) 利用激光器瞬間加熱，退火時間以毫秒計。,氧化工藝,氧化(Oxidation)工藝的主要目的是在硅襯底表面形成氧化膜SiO2。 SiO2 在微電子和微系統(tǒng)中的主要應(yīng)用包括： 鈍化晶體表面，形成化學(xué)和電的穩(wěn)定表面，即器件表面保護(hù)或鈍化膜。 作為后續(xù)工藝步驟（擴(kuò)散或

8、離子注入）的掩膜（摻雜掩膜、刻蝕掩膜）。 形成介質(zhì)膜用于器件間的隔離或作器件結(jié)構(gòu)中的絕緣層（非導(dǎo)電膜）。 在襯底或其他材料間形成界面層（或犧牲層）。,熱氧化,在硅襯底表面形成SiO2氧化膜的方法： 化學(xué)氣相淀積(CVD) 氧化 自然氧化 在常溫下，硅表面可生長出SiO2氧化層，厚約2nm。 熱氧化(Thermal Oxidation) 在高溫爐中反應(yīng)，形成較厚的SiO2氧化層。 也稱為熱生長法。,熱氧化反應(yīng),熱氧化法的3種環(huán)境 干氧氧化 (O2) 水蒸氣氧化 (H2O) 濕氧氧化 (H2O+O2),熱氧化法的2種化學(xué)反應(yīng) Si (固) + O2 (氣) SiO2 (固) Si (固) + H2

9、O (汽) SiO2 (固) + 2H2 (氣),熱氧化原理,氧化爐,高溫濕式氧化爐,高溫干式氧化爐,化學(xué)氣相淀積工藝,化學(xué)氣相淀積(CVD, Chemical Vapor Deposition)是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，以某種方式激活后，通過原子或分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑在襯底上淀積生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。 利用CVD可獲得高純的晶態(tài)或非晶態(tài)的金屬、半導(dǎo)體、化合物薄膜，能有效控制薄膜化學(xué)成分，且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本低，與其他相關(guān)工藝有較好的相容性。 CVD技術(shù)已有100多年歷史，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如軸承的耐磨涂層、核反應(yīng)堆里的耐高溫涂層。 上世紀(jì)50年代起，CVD材料開始用于電子領(lǐng)域；上世紀(jì)60年代前后，CVD工

10、藝開始取得突破；目前CVD技術(shù)已成為微電子和微系統(tǒng)加工中最重要的工藝之一。 微電子和微系統(tǒng)加工中可淀積的薄膜有： Metal: Al, Ag, Au, W, Cu, Pt, Sn； Non-Metal: SiO2, Poly Si, Si3N4, SiGe, BPSG, Al2O3, ZnO, SMA TiNi。 CVD膜的結(jié)構(gòu)可以是單晶、多晶或非晶態(tài)。,CVD工作原理,CVD工作原理 將攜帶擴(kuò)散反應(yīng)物的氣體流過襯底（或其他介質(zhì)）表面。 當(dāng)氣體流過襯底表面時，電阻加熱提供的能量引起氣體中反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)中和反應(yīng)后形成薄膜，同時排出化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)品。 攜帶擴(kuò)散反應(yīng)物的氣體稱為攜載氣體(C

11、arrier Gas)。,CVD反應(yīng)爐,CVD工藝采用的設(shè)備為CVD反應(yīng)爐 臥式反應(yīng)爐 立式反應(yīng)爐,臥式CVD反應(yīng)爐,立式CVD反應(yīng)爐,PECVD,等離子增強(qiáng)CVD 常壓CVD和低壓CVD都是在高溫下進(jìn)行的（以便進(jìn)行充分的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)），其結(jié)果是容易對硅襯底造成損傷。 為避免高溫，可以采用其他的能量供應(yīng)形式。 通過高能射頻源獲得的等離子體就是一種可選形式，稱為等離子增強(qiáng)CVD (PECVD, Plasma Enhanced CVD)。,常壓CVD (APCVD),低壓CVD (LPCVD),等離子體增強(qiáng)CVD (PECVD),各種CVD反應(yīng)爐,金屬有機(jī)CVD (MOCVD),PECVD,濺射

12、工藝,在IC工藝中，金屬化是在絕緣介質(zhì)薄膜上淀積淀積金屬薄膜，以及隨后刻印圖形以便形成互連金屬線和填充接觸孔的過程。 互連指由導(dǎo)電材料（如鋁、銅、多晶硅等）制成的連線，將電信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠帧?接觸是指芯片內(nèi)的器件與第一層金屬層之間在硅表面的連接。 填充薄膜是指用金屬薄膜填充通孔，以便在兩層金屬之間形成電連接。,Silicon Substrate P+,Silicon Epi Layer P-,P- Well,N- Well,N+ Source,N+ Drain,P+ Source,P+ Drain,BPSG,W Contact Plug,Metal1,互連,接觸,填充薄膜,金屬化方法,

13、金屬化方法包括： 金屬CVD 蒸發(fā) 濺射 電鍍,物理氣相淀積 (PVD, Physical Vapor Deposition),濺射原理,濺射(Sputtering)是一種物理氣相淀積(PVD)工藝。 用于在襯底表面淀積一層金屬薄膜，厚約100A。 濺射工藝采用在低壓（真空度達(dá)510-7torr）和室溫環(huán)境下的等離子實現(xiàn)。 濺射工藝中不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。,濺射鍍膜機(jī),JS700-型磁控濺射鍍膜機(jī)是在真空條件下，用濺射方式沉積各種薄膜的設(shè)備。 配置分子泵抽氣系統(tǒng)，能快速獲得高真空環(huán)境。 設(shè)備的靶、烘烤置于頂蓋下方，由上往下濺射，并可隨蓋升降，裝卸基片更換靶材方便。,外延工藝,外延(Epitaxy

14、)是在單晶襯底上、合適的條件下沿襯底原來的結(jié)晶軸向，生長一層晶格結(jié)構(gòu)完整的新的單晶層的制膜技術(shù)。 新生單晶層按襯底晶相延伸生長，并稱為外延層。 長了外延層的襯底稱為外延片。 外延分類： 氣相外延(VPE, Vapor Phase Epitary)常用 液相外延(LPE, Liquid Phase Epitary)III和V簇 固相外延(SPE, Solid Phase Epitary)熔融再結(jié)晶 分子束外延(MBE, Molecular Beam Epitary)超薄,外延工藝的特點,CVD和PVD工藝用于在硅襯底表面淀積異質(zhì)材料。 氣相外延工藝和CVD類似，通過包含反應(yīng)物的攜載氣體，在襯底表

15、面淀積同質(zhì)材料。 外延工藝主要用于在硅襯底表面淀積多晶硅薄膜，這些多晶硅是摻雜的硅晶體且晶向隨機(jī)排列，用于在硅襯底指定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電。 外延工藝也可以用于在GaAs襯底表面淀積GaAs。 4種外延工藝中，氣相外延(VPE, Vapor Phase Epitaxy)是最常用的工藝。,外延反應(yīng)爐,外延工藝與CVD很相似，不同的是用H2作為攜載氣體。 為安全起見，在工藝開始之前采用N2清除反應(yīng)爐中可能存在的O2。,外延設(shè)備,氣相外延設(shè)備,分子束外延設(shè)備,刻蝕工藝,刻蝕(Etch)是用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程。 刻蝕的基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模版圖形。 IC和M

16、EMS中包括兩種基本的刻蝕工藝 濕法刻蝕 采用液態(tài)化學(xué)試劑 干法刻蝕 采用等離子體,刻蝕參數(shù),刻蝕的幾個重要參數(shù) 刻蝕速率(Etch rate)：是指在刻蝕過程中去除硅片表面材料的速度。 刻蝕剖面(Etch Profile)：是指被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀，由各向同性還是各向異性決定。 刻蝕偏差(Etch Bias)：是指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化。 選擇比(Selectivity Ratio)：是指在同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率快多少，決定掩模材料的選取。,刻蝕技術(shù)要求,IC加工對刻蝕質(zhì)量的要求 獲得滿意的剖面（傾斜或垂直） 刻蝕偏差最?。ㄣ@蝕最?。?選擇比大 刻蝕均勻性好

17、，重復(fù)性高 對表面和電路的損傷最小 清潔、經(jīng)濟(jì)、安全 MEMS加工的其他要求 高的深寬比 刻蝕速率快,濕法刻蝕,濕法刻蝕(Wet Etch)是利用溶液與被刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)，來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分，從而達(dá)到刻蝕目的。 化學(xué)溶液稱為刻蝕劑(Etchant)。,濕法刻蝕特點,濕法刻蝕的優(yōu)點 選擇性好 重復(fù)性好 生產(chǎn)效率高 設(shè)備簡單、成本低 濕法刻蝕的缺點 各向同性的、鉆蝕嚴(yán)重、對圖形的控制性較差 安全性、潔凈性差（存在氣體鼓泡和光刻膠浮渣等問題）,濕法刻蝕機(jī),干法刻蝕,干法刻蝕(Dry Etch)是利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體(Plasma)中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種

18、原子基團(tuán)等)，與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用或兩者相結(jié)合，從而達(dá)到刻蝕的目的。 干法刻蝕采用的是氣體刻蝕劑，而不是液態(tài)化學(xué)試劑和清洗法來去除基底材料。 優(yōu)點： 刻蝕剖面是各向異性的，具有好的側(cè)壁剖面控制。 好的關(guān)鍵尺寸(CD)控制和重復(fù)性。 無化學(xué)廢液，無污染，潔凈度高。 缺點： 刻蝕選擇比一般較差。 等離子體帶來的器件損傷。 成本高，設(shè)備復(fù)雜。,干法刻蝕種類,干法刻蝕的三種主要形式： 純化學(xué)過程（屏蔽式、下游式、桶式）： 等離子體刻蝕(Plasma Etching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小，但各向異性較差。 純物理過程：

19、 濺射(Sputter Etching)和離子束銑蝕(IBE, Ion Beam Etching)：通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕。各向異性性好，但選擇性較差。 物理化學(xué)過程： 反應(yīng)離子刻蝕(RIE, Reactive Ion Etching)：通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點，同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。 RIE目前已成為VLSI工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)。,DRIE刻蝕,深層反應(yīng)離子刻蝕(DRIE),DRIE在刻蝕過程中可以在側(cè)壁生成幾毫米厚的保護(hù)掩模。 利用高濃度的等離子源，使基底材料的等離子刻蝕過程與在側(cè)壁上形成刻

20、蝕保護(hù)材料的淀積過程交替進(jìn)行。 刻蝕保護(hù)材料：SiO2或聚合物 用DRIE工藝加工的微結(jié)構(gòu)： 深寬比可達(dá)100 深度300m 側(cè)壁廣角2 刻蝕速率2-3m/min,干法刻蝕比較,等離子體刻蝕對比濕法刻蝕而言，可獲得更深的槽，但槽壁不是垂直的，存在廣角。 在MEMS和微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，不希望出現(xiàn)這種廣角。,采用RIE特別是DRIE，可以使MEMS結(jié)構(gòu)獲得較高的深寬比，而且側(cè)壁幾乎完全垂直。,干法刻蝕機(jī),等離子體刻蝕機(jī),反應(yīng)離子刻蝕機(jī),化學(xué)機(jī)械平坦化工藝,IC芯片是由多層金屬布線層組成的，每層之間由層間介質(zhì)(ILD, Inter Layer Dielectric)隔開。 隨著集成度的提高，表面不平整度

21、將加劇。而表面不平整將嚴(yán)重影響在上面進(jìn)行光刻工藝（包括光刻膠旋涂和曝光）。 硅片平坦化方法： 平滑 局部平坦化 全局平坦化,CMP工作原理,化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP, Chemical Mechanical Planarization)是一種表面全局平坦化技術(shù)。,通過在硅片和一個拋光頭之間的相對運(yùn)動來平坦化硅片表面。 在硅片和拋光頭之間有磨料（發(fā)生化學(xué)反應(yīng)），并同時施加壓力（機(jī)械磨去）。,CMP拋光機(jī),CMP設(shè)備稱為拋光機(jī)。,清洗工藝,IC制造工藝?yán)锏奈⒘！⒔饘俸陀袡C(jī)物構(gòu)成的器件污染危害非常嚴(yán)重，可使IC產(chǎn)品的良率和可靠性下降。 在每一工藝流程環(huán)節(jié)里都要清除掉附著在硅圓片上的污染物，防止把污染帶

22、到下一道工序。 清洗是大規(guī)模集成電路制造過程里不可缺少的工藝環(huán)節(jié)。 清洗工序的利用率在全部制造工序里很高，清洗工序的利用次數(shù)約占全部工序利用次數(shù)的20%25%。,清洗工藝原理,附著在硅片上污染源物質(zhì)大體有4種： 微粒 自然氧化物 金屬 有機(jī)物 標(biāo)準(zhǔn)方法是“RCA清洗方法” 美國無線電公司(RCA)倡導(dǎo)。 利用高純度的純凈（去離子）水和藥水，把附著在硅圓片上的污染物分離開來或溶解之后實現(xiàn)清除的方法。 利用藥水和超聲波清除微粒 用氫氟酸清除自然氧化物 以強(qiáng)酸清除金屬和有機(jī)物,硅片清洗機(jī),全自動硅片清洗機(jī),光刻(1),“光刻(lithography)”來源于兩個希臘詞：石版(litho)和寫上(gr

23、aphein)。 光刻工藝是指通過光成像系統(tǒng)和光刻膠，將掩模版上的圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在襯底上形成亞微米級的圖形。 光刻是IC加工和MEMS加工中最重要的步驟，目前它也許是唯一可在襯底上制作亞微米精度圖形的技術(shù)。 在微電子方面，圖形化對于集成電路中的p-n結(jié)、柵、二極管、電容器等都是必需的。 在微系統(tǒng)方面，光刻主要用來作掩模、體硅工藝的空腔刻蝕、表面工藝中犧牲層薄膜的淀積和刻蝕、傳感器和致動器初級電信號處理電路的圖形化處理。,光刻(2),光刻工藝?yán)霉鈱W(xué)圖像和光刻膠(Photoresist)薄膜，在襯底上形成所需要的微細(xì)圖形。 首先將所需的的光學(xué)圖形刻印在透明的掩模版(Mask)上（掩模版通常由石英

24、制成）。 然后將掩模版放在涂了一薄層光刻膠材料的硅襯底上方。 最后利用曝光，將掩模上的圖形刻印到硅襯底表面的光刻膠上。 經(jīng)過曝光后的光刻膠，其溶解于某種溶液的性質(zhì)將發(fā)生改變，可以通過顯影工藝將可溶解的光刻膠部分進(jìn)行清除，進(jìn)而可以進(jìn)行諸如刻蝕等其他工藝。,光刻(3),光刻(3),涂膠(Resist Coating),光刻(3),曝光(Exposure),光刻(4),(a) 顯影(Development) (b) 刻蝕(Etching) (c) 除膠(Photoresist Removal),曝光后的后續(xù)工藝,光刻(5),光刻工藝的三要素 光刻機(jī)(Lithography Tool, Aligner

25、, Stepper, Scanner) 掩模版(Mask, Reticle) 光刻膠(Photoresist, Resist),光刻(6),掩模版 掩模版包含著預(yù)制造的IC特定層的圖形信息，決定了組成IC芯片每一層的橫向結(jié)構(gòu)與尺寸。 掩模版是IC設(shè)計與IC制造之間的接口與橋梁。 所用掩模版的數(shù)量決定了制造工藝流程中所需的最少光刻次數(shù)。,光刻(7),制造掩模版首先必須有版圖 版圖就是根據(jù)電路、器件參數(shù)所需要的幾何形狀與尺寸，依據(jù)IC工藝所確定的設(shè)計規(guī)則，利用計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)，通過人機(jī)交互的方式設(shè)計出生產(chǎn)所要求的掩模版圖案。 設(shè)計規(guī)則主要解決兩個問題： 同一層幾何圖形之間的關(guān)系 不同層之間

26、的相互關(guān)系 對于每一層版圖，版圖設(shè)計規(guī)則將決定允許的最小特征尺寸、最小間隔、該層圖形與其他層圖形的最小覆蓋，與它下面層圖形的最小間隔等。,光刻(8),掩模版制造過程,設(shè)計并繪制掩模版版圖,驅(qū)動圖形發(fā)生器，以一定的間距和布局將掩膜圖形印制于掩膜材料上,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形發(fā)生器的專用文件(CIF文件、PG文件等),制備出批量生產(chǎn)用的掩模版,光刻(9),掩模版制造工藝 電子束制版(Electron Beam) 光學(xué)制版 基版材料 玻璃、石英 要求在曝光波長下的透光度高，熱膨脹系數(shù)與掩模材料匹配、表面平坦且精細(xì)拋光 掩模材料 主要是Cr、氧化鉻或氧化鐵等金屬或金屬氧化物薄膜 作用是有選擇地遮擋照射到硅片表

27、面光刻膠膜上的光。厚度幾十幾百納米 要求與基版材料粘附力強(qiáng)、易加工成圖形、機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)穩(wěn)定性好、分辨率高,光刻(10),對掩模版的質(zhì)量要求 圖形尺寸準(zhǔn)確，符合設(shè)計要求； 整套掩模版中的各塊版應(yīng)能依次套刻(Overlay)，套刻誤差應(yīng)盡可能??； 圖形黑白區(qū)域之間的反差要高； 圖形邊緣要光滑陡直，過渡區(qū)?。?圖形及整個版面上無針孔、小島、化痕等缺陷； 堅固耐用，不易變形。,光刻(11),光刻膠 光刻膠(Photoresist, Resist)又叫光致抗蝕劑，是一種由碳、氫、氧等元素組成的有機(jī)化合物。 光刻膠受到特定波長光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變。

28、 作為聚合物來定義，是由光敏化合物(PAC)、基體樹脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體。,光刻(12),正性抗蝕膠（正膠） 正膠(Positive Resist)是指曝光前對某些溶劑不可溶，而曝光后變?yōu)榭扇艿囊活惞饪棠z。 有2種主要的正膠 PMMA - 聚甲基丙稀酸甲脂 DNQ - 重氮醌酯(20%-50%)&酚醛樹脂 正膠對紫外光敏感，在波長為220nm時最敏感。 正膠能用堿性溶劑顯影，如氫氧化鉀(KOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、丙酮或醋酸鹽。,光刻(13),Positive Resist Light areas on the mask = photoresist is removed

29、at develop. Long-chained molecules in resist are broken down to smaller chains by the UV light, which are easily dissolved by the developer solution. Capable of smaller features, better resolution, but has poor adhesion and costs much more.,Photo Mask,Resist,Silicon Substrate,Oxide,Resist,Resist,Oxi

30、de,光刻(14),負(fù)性抗蝕膠（負(fù)膠） 負(fù)膠(Negative Resist)是指曝光前對某些溶劑是可溶的，曝光后硬化成不可溶解的一類光刻膠。 有2種主要的負(fù)膠 兩種組成部分的芳基氮化物橡膠光刻膠 Kodak KTFR 敏感氮化聚異戌二烯橡膠 負(fù)膠對光線和X射線不敏感，但對電子射線很敏感。 負(fù)膠最常用的顯影溶劑是二甲苯(Xylene)。,光刻(15),Negative Resist Dark areas on the mask = photoresist is removed at develop. Short-chain molecules in the resist are “cross-

31、linked” by the UV light. Resultant longer chains are resistant to developer solution. Better adhesion, but incapable of producing submicron features. Only used (anymore) for certain special applications.,Resist,Photo Mask,Silicon Substrate,Oxide,Resist,Oxide,光刻(16),兩種光刻膠的比較 一般來說，正膠比負(fù)膠能使圖形的邊界更清晰。 正膠更適應(yīng)于刻印高分辨率圖形。,光刻(17),光刻工藝的8個基本步驟,氣相成底膜,旋轉(zhuǎn)涂膠,軟烘,對準(zhǔn)和曝光,曝光后烘焙,顯影,堅膜烘焙,顯影檢查,光刻(18),氣相成底膜 包括清洗、脫水和硅片表面成底膜處理。 脫水烘焙后硅片立即用六甲基二硅胺烷(HMDS)進(jìn)行成膜處理。 目的是增強(qiáng)硅片和光刻膠之間的粘附性(Adhesion Promot