第八章基本光刻工艺流程 光刻的目的和意义第四章已做过简单的描 述,这一章主要介绍基本光刻工艺中的表面准 备至曝光的工艺步骤及光刻胶的特性。 8.1简介 圆 光刻工艺首先是 在晶园表面建立尽可 表面层 能接近设计规则中所 晶圆 要求尺寸的图形,其 次是在晶园表面正确 图形层 定位图形。 晶圆
第八章 基本光刻工艺流程 光刻的目的和意义第四章已做过简单的描 述，这一章主要介绍基本光刻工艺中的表面准 备至曝光的工艺步骤及光刻胶的特性。 8.1 简介 光刻工艺首先是 在晶园表面建立尽可 能接近设计规则中所 要求尺寸的图形，其 次是在晶园表面正确 定位图形。 晶圆 晶圆 晶圆 表面层 图形层
因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图 形定位的要求就好像是一幢建筑物每 层之间所要求的正确对准。如 #2 果每一次的定位不准,将会导栅掩膜 致整个电路失效。除了对特征 阱掩膜 图形尺寸和图形对准的控制, #3 接触 掩膜 在工艺过程中的缺陷水平的控 制也同样是非常重要的。光刻 #4 操作步骤的数目之多和光刻工 艺层的数量之大,所以光刻工 #5 艺是一个主要的缺陷来源 PAD 掩膜
因为最终的图形是用多个掩膜版按照特定的 顺序在晶园表面一层一层叠加建立起来的。图 形定位的要求就好像是一幢建筑物每一 层之间所要求的正确对准。如 果每一次的定位不准，将会导 致整个电路失效。除了对特征 图形尺寸和图形对准的控制， 在工艺过程中的缺陷水平的控 制也同样是非常重要的。光刻 操作步骤的数目之多和光刻工 艺层的数量之大，所以光刻工 艺是一个主要的缺陷来源。 # 2 栅掩膜 # 1 阱掩膜 # 3 接触 掩膜 # 4 金属 掩膜 # 5 PAD 掩膜
8.2光刻蚀工艺概况 光刻蚀是一种多步骤的图形转移过程,首 先是在掩膜版上形成所需要的图形,之后通过 光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每 层 图形转移通过两步完成。首先,图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化(由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质,或者相反)。再通过化学溶剂(显 影剂)把可以溶解的部分去掉,在光刻层下就 会留下一个孔,而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应
8.2 光刻蚀工艺概况 光刻蚀是一种多步骤的图形转移过程，首 先是在掩膜版上形成所需要的图形，之后通过 光刻工艺把所需要的图形转移到晶园表面的每 一层。 图形转移通过两步完成。首先，图形被转 移到光刻胶层。光刻胶经过曝光后自身性质和 结构发生变化（由原来的可溶性物质变为非可 溶性物质，或者相反）。再通过化学溶剂（显 影剂）把可以溶解的部分去掉，在光刻层下就 会留下一个孔，而这个孔就是和掩膜版不透光 的部分相对应
工艺步骤目的 掩膜/图形 对准和曝光在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 影影光刻胶 晶圆 氧化层 光。负胶是聚合物 影 去除非聚合的光刻胶 光刻胶 lLllll 氧化层 晶圆
工艺步骤 目的 在掩膜版和图形在晶圆上 的精确对准和光刻胶的曝 光。负胶是聚合物 对准和曝光 显影 除非聚合的光刻胶 去 掩膜 图形 / 光刻胶 氧化层 晶圆 晶圆 光刻胶 氧化层
其次,把图形从光刻胶层转移到晶园上。 这一步是通过不同的刻蚀方法把晶园上没有被 光刻胶保护的部分的薄膜层去掉。这时图形转 移就彻底完成了。如图所示。 工艺步骤目的 刻蚀 将晶圆顶层通过光刻 光刻胶 胶的开口去除 1%么氧化层 晶圆 光刻胶去除从晶圆上去除光刻 级氧化层 胶层
其次，把图形从光刻胶层转移到晶园上。 这一步是通过不同的刻蚀方法把晶园上没有被 光刻胶保护的部分的薄膜层去掉。这时图形转 移就彻底完成了。如图所示。 艺步骤 工 目的 刻蚀 将晶圆顶层通过光刻 胶的开口去除 光刻胶去除 从晶圆上去除光刻 胶层 光刻胶 氧化层 氧化层 晶圆 晶圆
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的,称其为亮场掩 膜版;而在一个暗场 亮场 掩膜版中,掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的,如果按照 同样的步骤,就会在 晶园表面留下凸起的 图形。 暗场掩膜版主要 工工 暗场 用来制作反刻金属互 联线
如果掩膜版的图形 是由不透光的区域决 定的，称其为亮场掩 膜版；而在一个暗场 掩膜版中，掩膜版上 的图形是用相反的方 式编码的，如果按照 同样的步骤，就会在 晶园表面留下凸起的 图形。 暗场掩膜版主要 用来制作反刻金属互 联线。 亮场 暗场
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶,称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶,称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。 右图显示了用不同极 性的掩膜版和不同极 掩膜版极性 性的光刻胶相结合而 负 正 产生的结果。通常是 根据尺寸控制的要求 亮场空穴 凸起 光刻 和缺陷保护的要求来 胶极性 暗场凸起 空穴 选择光刻胶和掩膜版 极性的
刚才介绍了对光有负效应的光刻胶，称为负 性胶。同样还有对光有正效应的光刻胶，称为正 胶。用正性胶和亮场掩膜版在晶园表面建立凸起 图形的情况如图8.7所示。 右图显示了用不同极 性的掩膜版和不同极 性的光刻胶相结合而 产生的结果。通常是 根据尺寸控制的要求 和缺陷保护的要求来 选择光刻胶和掩膜版 极性的。 掩膜版极性 亮场 暗场 负 正 空穴 凸起 凸起 空穴 光刻 胶极性
工艺步骤 目的 掩膜版/图形 对准和曝光掩膜版和图形在晶圆上的 精确对准和光刻胶的曝光。 光刻胶 正胶被光溶解 氧化层 晶圆 显影 去除非聚合光刻胶 111 光刻胶 晶圆 氧化层 刻蚀 表层去除 晶圆 光刻胶去除光刻胶去除 晶圆
工艺步骤 目的 对准和曝光 掩膜版和图形在晶圆上的 精确对准和光刻胶的曝光。 正胶被光溶解 掩膜版 图形 / 晶圆 晶圆 晶圆 晶圆 光刻胶 氧化层 光刻胶 氧化层 显影 去除非聚合光刻胶 刻蚀 表层去除 光刻胶去除 光刻胶去除
8.3光刻10步法 把图形从掩膜版上转移到晶园表面是由多 个步骤完成的(见图8.9),特征图形尺寸 对准精度、晶园表面情况和光刻层数都会影响 到特定光刻工艺的难以程度。虽然许多光刻工 艺都不尽相同,但大部分都是基于光刻10步法 的变异或选项。所以了解和掌握基本的光刻10 步法是非常必要的 84光刻胶 光刻胶是光刻工艺的核心,光刻过程中的 所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到 的预期结果而进行徼调。光刻胶的选择和光刻 工艺的研发是一个非常漫长的过程
8.3 光刻10步法 把图形从掩膜版上转移到晶园表面是由多 个步骤完成的（见图8.9），特征图形尺寸、 对准精度、晶园表面情况和光刻层数都会影响 到特定光刻工艺的难以程度。虽然许多光刻工 艺都不尽相同，但大部分都是基于光刻10步法 的变异或选项。所以了解和掌握基本的光刻10 步法是非常必要的。 8.4 光刻胶 光刻胶是光刻工艺的核心，光刻过程中的 所有操作都会根据特定的光刻胶性质和想达到 的预期结果而进行微调。光刻胶的选择和光刻 工艺的研发是一个非常漫长的过程
8.4.1光刻胶的组成 光刻胶由4种 成分 功能 成分组成: 聚合物 聚合物 当被对准机光源曝光时, 聚合物结构由可溶变成 溶剂 聚合(或反之) 感光剂 溶剂 稀化光刻胶,通过旋转 形成薄膜 添加剂 感光剂 在曝光过程中控制和/或 调节光刻胶的化学反应 添加剂 各种添加的化学成分实 现工艺效果,例如染色
8.4.1 光刻胶的组成 光刻胶由4种 成分组成： 聚合物 溶剂 感光剂 添加剂 成分 功能 聚合物 当被对准机光源曝光时， 聚合物结构由可溶变成 聚合（或反之） 溶剂 稀化光刻胶，通过旋转 形成薄膜 感光剂 在曝光过程中控制和 或/ 调节光刻胶的化学反应 添加剂 各种添加的化学成分实 现工艺效果，例如染色