光刻工藝畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）報告</p><p>　　題 目 光刻工藝的研究</p><p><b>　　2012年 3 月</b></p><p><b>　　光刻工藝的研究</b></p><p>　　摘要：在平面晶體管和集成電路生產(chǎn)中，要進(jìn)行多次的光刻，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布

2、線的目的。光刻工藝是利用光刻膠的感光性和耐蝕性，在SIO2或金屬膜上復(fù)印并刻蝕出與掩模版完全對應(yīng)的幾何圖形.由于光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù),在平面器件和集成電路生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用.如果把硅片的外延、氧化、擴(kuò)散和淀積看成是器件結(jié)構(gòu)的縱向控制的話,那么，器件的橫向控制就幾乎全部有光刻來實(shí)現(xiàn).因此,光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能指標(biāo),同時也是影響器件的成品率和可靠性的重要因素.</p><p>　　目前

3、生產(chǎn)上通常采用的紫外光接觸暴光法光刻工藝的一般過程;列出幾種常用的光刻腐蝕劑配方;最后對光刻工藝中較常見的質(zhì)量問題進(jìn)行分析和討論.</p><p>　　關(guān)鍵詞：光刻、工藝、光刻膠、質(zhì)量問題。Semiconductor lithography technology</p><p>　　Abstract：In the planar transistor and integrated circu

4、it production, to be repeated lithography, in order to achieve selective proliferation and metal film wiring purposes. Photoresist lithography process is the use of photosensitive and corrosion resistance, in the SIO2 or

5、 etching a metal film copies and corresponding exactly with the mask geometry. As lithography is a very fine surface processing technology, In the production of planar devices and integrated circuits are widely used. If

6、the si</p><p>　　Key Word : Lithography、Technology、Photoresist、Quality problems。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言……………………………….…………………………………………..……….1</p><p>　　

7、第1章 光刻工藝簡介………….…………...………………………………………...2</p><p>　　1.1 光刻工藝的定義……………..……………………………….………...……...2</p><p>　　1.2 光刻工藝剖析………………..……………………………….……….......…...2</p><p>　　1.2.1 表面準(zhǔn)備……………..…………

8、.……………………….………...…...2</p><p>　　1.2.2 涂光刻膠……………..…….…………………………….………...….2</p><p>　　1.2.3 軟烘培……………..…………….……………………….………...….2</p><p>　　1.2.4 對準(zhǔn)和曝光……………..……………….……………….………...….3</p

9、><p>　　第2章 光刻工藝流程……………….……...………………………………..……….3</p><p>　　2.1 光刻工藝步驟……………….……...………………………………………….3</p><p>　　2.1.1 涂膠….……...…………………………………...……………………..….3</p><p>　　2.1.2 前烘…

10、.……...…………………………………...……………………..….3</p><p>　　2.1.3 曝光….……...……………………………………...…………………..….4</p><p>　　2.1.4 顯影….……...………………………………………...………………..….4</p><p>　　2.1.5 堅膜….……...…………………………………

11、………...…………..…….4</p><p>　　2.1.6 腐蝕….……...……………………………………………...………..…….5</p><p>　　2.1.7 去膠….……...……………………………………………...……..……….5</p><p>　　2.2 曝光時影像分辨率的因素….……...………………………..…………..…….5<

12、/p><p>　　2.2.1 掩膜版與光刻膠膜的接觸情況….……...……………...…………..…….5</p><p>　　2.2.2 曝光光線的平行度….……...……………………………...……..……….5</p><p>　　2.2.3 光的衍射和反射….……...………………………………………..…...….5</p><p>　　

13、2.2.4 光刻膠膜的質(zhì)量和厚度.……...…………………………...…………..….5</p><p>　　2.2.5 曝光時間….……...……………………………………………………......6</p><p>　　2.2.6 掩膜版的分辨率和質(zhì)量….…...………………………...……………..….6</p><p>　　第3章 光刻膠的特性和配置………………

14、……………………………………..….6</p><p>　　3.1 光刻膠的性質(zhì)……………………......………………………………..…….6</p><p>　　3.2 光致抗蝕劑的種類……………..…...…………………………….……..….6</p><p>　　3.2.1 負(fù)性光致抗蝕劑…………..………………………………….…..…….6</p&g

15、t;<p>　　3.2.2 正性光致抗蝕劑…………..………………………………….…..…….7</p><p>　　3.3 對光致抗蝕劑性能的要求……..………...……………………….…..…….8</p><p>　　3.4 光刻膠的配置…………..…………………...…………………….…..…….9</p><p>　　3.4.1 KPR光刻膠

16、………….………………….…………………….…………....9</p><p>　　3.4.2 聚酯類光刻膠…………..…………………………………….………….10 </p><p>　　第4章 光刻質(zhì)量分析…………………….……………...………………………….10</p><p>　　4.1光刻過程中的一些缺陷…….……...…………..………………………….1

17、0</p><p>　　4.1.1 浮膠……………………….……...………………………………….10</p><p>　　4.1.2毛刺和鉆蝕…………….……...……………………………….………….11</p><p>　　4.1.3針孔…………….……...………………………………………….……….12</p><p>　　4.1.4小

18、島…………….……...……………………………………….………….12</p><p>　　附錄………………………………………………………………………….……….14</p><p>　　謝辭……………………………………………………………………………….15</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………….16</p>

19、;<p><b>　　前言</b></p><p>　　在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）和集成電路的生產(chǎn)中，光刻工藝都是重要的工藝步驟。</p><p>　　光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù), 隨著ULSI時代的到來，芯片的面積不斷增大，線寬不斷縮小。 光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能指標(biāo),同時也是影響器件的成品率和可靠性的重要因素.所以光刻工藝無論

20、是在現(xiàn)在還</p><p>　　是在將來都將是一個永無止境的高技術(shù)的難題，也將面臨著各種挑戰(zhàn)。與此同時，不斷縮小的器件結(jié)構(gòu)，對硅片的內(nèi)在性能的要求也更高、更苛刻。這些需求迫使光刻技術(shù)不斷采用新工藝、新技術(shù)解決實(shí)際問題，迎接高科技的挑戰(zhàn)。</p><p>　　第1章 光刻工藝簡介</p><p>　　1.1 光刻工藝的定義</p><p>　　

21、光刻工藝是一種用來去掉晶圓表面層上所規(guī)定的特定區(qū)域的基本操作。（Photolithography、Photo masking、Masking、Oxide、l Removal-OR,MR、Microlithography）</p><p>　　光刻工藝是是化合物半導(dǎo)體器件制作中最常用的工藝，也是最關(guān)鍵的工藝之一；它是將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底表面的光刻膠圖形上，為下一步進(jìn)行刻蝕或者離子注入工序做好準(zhǔn)備。一般的光刻工

22、藝流程包括前處理、勻膠、前烘、對準(zhǔn)曝光、顯影、后烘，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整流程中的操作。根據(jù)曝光方式可分為接觸式、接近式和投影式，根據(jù)光刻面數(shù)的不同有單面對準(zhǔn)光刻和雙面對準(zhǔn)光刻，根據(jù)光刻膠類型不同，有薄膠光刻和厚膠光刻。</p><p>　　光刻工藝的要求： 光刻工具具有高的分辨率； 光刻膠具有高的光學(xué)敏感性； 準(zhǔn)確地對準(zhǔn)；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。</p><p>　　1.2 光刻工

23、藝剖析</p><p>　　1.2.1 表面準(zhǔn)備</p><p>　　微粒清除：高壓氮?dú)獯党?、化學(xué)濕法清洗、旋轉(zhuǎn)刷刷洗、高壓水流；脫水烘焙：低溫烘焙（150~200℃），憎水性-hydrophobic  親水性-hydrophilic晶圓涂底膠：HMDS（六甲基乙硅烷）沉浸式涂底膠、旋轉(zhuǎn)式涂底膠、蒸氣式涂底膠 1.2.2 涂光刻膠普通的光刻膠涂膠方法有三種：刷法、

24、滾轉(zhuǎn)方法和浸泡法；</p><p>　　IC封裝用光刻膠的涂布方法如下：靜態(tài)涂膠工藝、動態(tài)噴灑、移動手臂噴灑、手動旋轉(zhuǎn)器、自動旋轉(zhuǎn)器、背面涂膠 1.2.3 軟烘焙熱傳遞的三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射；常用的軟烘焙加熱方式如下：對流烘箱、手工熱板、內(nèi)置式單片晶圓加熱板、移動帶式熱板、 移動帶式紅外烘箱、微波烘焙、真空烘焙 1.2.4 對準(zhǔn)和曝光（A&E） 對準(zhǔn)系統(tǒng)的性能

25、表現(xiàn)：對準(zhǔn)系統(tǒng)包含兩個主要子系統(tǒng)、一個是要把圖形在晶圓表面上準(zhǔn)備定位，另一個是曝光子系統(tǒng)，包括一個曝光光源和一個將輻射光線導(dǎo)向晶圓表面上的機(jī)械裝置；對準(zhǔn)與曝光系統(tǒng)：光學(xué)（接觸式、接近式、投影式、步進(jìn)式），非光學(xué)（X射線、電子束）曝光光源：高壓汞燈、準(zhǔn)分子激光器、X射線及電子束；對準(zhǔn)法則：第一個掩膜版的對準(zhǔn)是把掩膜版上的Y軸與晶圓上的平邊成90°放置，接下來的掩膜都用對準(zhǔn)標(biāo)記（又稱靶）與上一層帶有圖形的掩膜對準(zhǔn)。對準(zhǔn)誤差稱

26、為未對準(zhǔn)（misalignment）</p><p>　　第2章 光刻工藝流程</p><p>　　在平面管和集成電路生產(chǎn)中，都要經(jīng)過多次光刻。雖然各次光刻的目的要求和工藝條件有所差別，但其工藝過程是基本相同的。光刻工藝一般都要經(jīng)過涂膠，前烘，曝光，顯影，堅膜，腐蝕和去膠等七個步驟。</p><p>　　2.1 光刻工藝步驟</p><p>

27、<b>　　2.1.1 涂膠</b></p><p>　　涂膠就是在SIO2或其他薄膜表面，涂布一層粘附良好，厚度適當(dāng)，厚薄均勻的光刻膠膜。涂膠前的硅片表面必須清潔干燥，如果硅片擱置較久或光刻返工，則應(yīng)重新進(jìn)行清洗并烘干后再涂膠。生產(chǎn)中，最好在氧化或蒸發(fā)后立即涂膠，此時硅片表面清潔干燥，光刻膠的粘附性較好。</p><p>　　涂膠一般采用旋轉(zhuǎn)法，其原理是利用轉(zhuǎn)動時產(chǎn)

28、生的離心力，將滴在硅片的多余膠液甩去，在光刻膠表面張力和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下，擴(kuò)展成厚度均勻的膠膜。膠膜厚度可通過轉(zhuǎn)速和膠的濃度來調(diào)節(jié)。</p><p>　　涂膠的厚度要適當(dāng)，膜厚均勻，粘附良好。膠膜太薄，則針孔多，抗蝕能力差；膠膜太厚，則分辨率低。在一般情況下，可分辨線寬約為膜厚的5～8倍。</p><p><b>　　2.1.2 前烘</b></p>

29、<p>　　前烘就是在一定的溫度下，使膠膜里的溶劑緩慢地?fù)]發(fā)出來，使膠膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。</p><p>　　前烘的溫度和時間隨膠的種類及膜厚的不同而有所差別，一般通過實(shí)驗(yàn)來加以確定。</p><p>　　前烘的溫度和時間必須適當(dāng)。溫度過高會引起抗蝕劑的熱交聯(lián)，在顯影時留下底膜，或者增感劑升華揮發(fā)使感光靈敏度下降；前烘溫度過低或時間過短，則抗蝕劑中的有機(jī)溶劑不能充

30、分揮發(fā)，殘留的溶劑分子會妨礙光交鏈反應(yīng)，從而造成針孔密度增加，浮膠或圖形變形等。同時，前烘時還不能驟熱，以免引起表面鼓泡，產(chǎn)生針孔甚至浮膠。一般前烘是在80℃恒溫干燥箱中烘烤1015分鐘；也可以用紅外燈在硅片背面烘烤，使膠膜的干燥從里到外，以獲得良好的前烘效果。</p><p><b>　　2.1.3 曝光</b></p><p>　　曝光就是對涂有光刻膠的基片進(jìn)行選

31、擇性光化學(xué)反應(yīng)，使曝光部分的光刻膠改變在顯影液中的溶解性，經(jīng)顯影后在光刻膠膜上得到和掩膜版相對應(yīng)的圖形。</p><p>　　生產(chǎn)上，通常都采用紫外光接觸曝光法，其基本步驟是定位對準(zhǔn)和曝光。定位對準(zhǔn)是使掩膜版的圖形和硅片上的圖形精確套合，因此要求光刻機(jī)有良好的對準(zhǔn)裝置，即具有精密的微調(diào)和壓緊機(jī)構(gòu)，特別是在壓緊時保證精確套合不發(fā)生位移。此外，光刻機(jī)還應(yīng)具有合適的光學(xué)觀察系統(tǒng)，要求有一個景深較大，同時又有足夠高分辨率

32、的顯微鏡。</p><p>　　曝光量的選擇決定于光刻膠的吸收光譜，配比，膜厚和光源的光譜分布。最佳曝光量的確定，還要考慮襯底的光反射特性。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往以曝光時間來控制曝光量，并通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳曝光時間。</p><p><b>　　2.1.4 顯影</b></p><p>　　顯影是把暴光后的基片放在適當(dāng)?shù)娜軇├铮瑢?yīng)去除的光刻膠膜溶

33、除干凈，以獲得腐蝕時所需要的抗蝕劑膜的保護(hù)圖形，KPR膠通常用丁酮。</p><p><b>　　2.1.5 堅膜</b></p><p>　　堅膜是在一定溫度下對顯影后的硅片進(jìn)行烘焙，除去顯影時膠膜所吸收的顯影液和殘留的水份，改善膠膜與硅片的粘附性，增強(qiáng)角膜的抗蝕能力。</p><p>　　堅膜的溫度和時間要適當(dāng)。堅膜不足，則抗蝕劑膠膜沒有烘

34、透，膜與基片粘附性差，腐蝕時易浮膠；堅膜溫度過高，則抗蝕劑膠膜會因熱膨脹而翹曲或剝落，腐蝕時同樣會產(chǎn)生鉆蝕或浮膠。溫度更高時，聚合物將分解，影響粘附性和抗蝕能力。此外，堅膜時最好采用緩慢升溫和自然冷卻的烘焙過程。對于腐蝕時間較長的厚膜刻蝕，可在腐蝕一半后再進(jìn)行一次堅膜，以提高膠膜的抗蝕能力。</p><p><b>　　2.1.6 腐蝕</b></p><p>　　腐

35、蝕就是用適當(dāng)?shù)母g劑，對未被膠膜覆蓋的SiO2或其他薄膜進(jìn)行腐蝕，以獲得完整、清晰、準(zhǔn)確的光刻圖形，達(dá)到選擇性擴(kuò)散或金屬布線的目的。</p><p>　　光刻工藝對腐蝕劑的要求是：只對需要除去的物質(zhì)進(jìn)行腐蝕，而對抗蝕劑膠膜不腐蝕或腐蝕量很小。同時，還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量很小。同時， 還要求腐蝕因子要足夠大。腐蝕因子的定義是腐蝕深度與一邊的橫向腐蝕量之比。腐蝕因子越大，表

36、示橫向腐蝕量越小。此外，還要求腐蝕圖形邊緣整齊、清晰；腐蝕液毒性小，使用方便。</p><p><b>　　2.1.7 去膠</b></p><p>　　刻蝕或離子注入之后，已經(jīng)不再需要光刻膠作保護(hù)層，可以將其除去，稱為去膠，分為濕法去膠和干法去膠，其中濕法去膠又分有機(jī)溶劑去膠和無機(jī)溶劑去膠。有機(jī)溶劑去膠，主要是使光刻膠溶于有機(jī)溶劑而除去；無機(jī)溶劑去膠則是利用光刻膠本

37、身也是有機(jī)物的特點(diǎn)，通過一些無機(jī)溶劑，將光刻膠中的碳元素氧化為二氧化碳而將其除去；干法去膠，則是用等離子體將光刻膠剝除。</p><p>　　2.2 曝光時影響分辨率的因素</p><p>　　2.2.1 掩膜版與光刻膠膜的接觸情況</p><p>　　若硅片彎曲，硅片表面有灰塵或突起，膠膜厚度不均勻，光刻機(jī)壓緊機(jī)構(gòu)不良等都會影響掩膜版與光刻膠膜的接觸情況

38、，從而使分辨率降低。</p><p>　　2.2.2 曝光光線的平行度</p><p>　　曝光光線應(yīng)與掩膜版和膠膜表面垂直，否則將使光刻圖形發(fā)生畸變。</p><p>　　2.2.3 光的衍射和反射</p><p>　　光波在掩膜版圖形邊緣的衍射和反射將使分辨率降低。</p><p>　　2.2.4 光刻膠

39、膜的質(zhì)量和厚度</p><p>　　膠膜越厚，光刻膠中固態(tài)微粒含量越高，則光線在膠膜中因散射而產(chǎn)生的側(cè)向光化學(xué)反應(yīng)越嚴(yán)重，光刻圖形的分辨率也越低。</p><p>　　2.2.5 曝光時間</p><p>　　曝光時間越長，由于光的衍射，反射和散射作用，使分辨率降低。但曝光不足，則光反應(yīng)不充分，顯影時部分膠被溶解，從而使膠膜的抗蝕能力降低，針孔密度增加。</p

40、><p>　　2.2.6 掩膜版的分辨率和質(zhì)量</p><p>　　掩膜版的分辨率和質(zhì)量將影響光刻分辨率。此外，顯影，腐蝕以及光刻膠的性能也是影響光刻分辨率的因素。</p><p>　　第3章 光刻膠的特性和配置</p><p>　　3.1 光刻膠的性質(zhì)</p><p>　　光致抗蝕劑是一種主要由碳、氫等元素組成的高分子化

41、合物，其分子結(jié)構(gòu)有線型和體型兩種。線型高分子化合物，其長鏈之間的結(jié)合力主要是靠化學(xué)鍵。由于分子間作用力比化學(xué)鍵的結(jié)合要弱的多，所以線型高分子化合物一般是可溶性的，而體型高分子化合物往往是難溶性的。</p><p>　　如果在高分子化合物內(nèi)部存在不穩(wěn)定的雙鍵等可變因素的話，則在外界光或熱的作用下，高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)就可能會在線型和體型之間發(fā)生變化。分子結(jié)構(gòu)的變化，必然會引起高分子化合物的機(jī)械和物理性質(zhì)的相應(yīng)變化

42、。例如，由可溶性變?yōu)椴豢扇苄曰蛘呦喾?。光刻工藝就是利用光致抗蝕劑有這樣內(nèi)在的可變因素，在一定條件下使部分高分子化合物由可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄?，或由不可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄?，將掩模上的圖形復(fù)印在光刻膠膜上。然后利用光刻膠膜對腐蝕液的抗蝕性，在硅片表面選擇性地刻蝕SIO2或金屬膜，實(shí)現(xiàn)定域擴(kuò)散及金屬膜布線的目的。</p><p>　　3.2 光致抗蝕劑的種類</p><p>　　根據(jù)光致抗蝕劑在曝光

43、前后溶解性的變化，可以分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠兩種。</p><p>　　3.2.1 負(fù)性光致抗蝕劑</p><p>　　曝光前光致抗蝕劑在有機(jī)溶劑中是可溶解的，曝光后成為不可溶的物質(zhì)，這類抗蝕劑稱為負(fù)性光致抗蝕劑，由此組成的光刻膠稱為負(fù)性膠。目前，主要的負(fù)性光致抗蝕劑有聚肉桂酸酯類，聚酯類和環(huán)化橡膠類等。</p><p>　?、倬廴夤鹚嶂?聚肉桂酸脂類抗蝕劑的

44、特點(diǎn)是在樹脂分子的側(cè)鏈上帶有肉桂酰感光性官能團(tuán)。典型的聚肉桂酸脂類抗蝕劑有聚乙烯醇脂（又稱KPR），它是一種淺黃色的纖維狀固體，能溶解于丙酮，丁酮，環(huán)已酮等有機(jī)溶劑中。在紫外光的作用下，肉桂酰官能團(tuán)發(fā)生二聚反應(yīng)，引起聚合物分子間的交聯(lián)，形成不溶于顯影液的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。光刻膠中加入適量的5-硝基苊，不僅擴(kuò)大了感光波長范圍，而且提高了光刻膠的感光靈敏度，縮短了曝光時間。聚乙烯醇肉桂酸脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)后生成的立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)不再溶于有機(jī)溶劑，干燥

45、后又能耐酸的腐蝕，光刻腐蝕后可以通過多種途徑去除干凈，因此在光刻技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　?、诰壑?#160; 聚脂類光致抗蝕劑的特點(diǎn)，是在樹脂分子的側(cè)鏈上含有共軛雙鍵的感光性官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的感光靈敏度；在感光性樹脂分子的主鏈上含有極性基團(tuán)，因而對一些襯底材料，如SIO2和AL，有較好的粘附性。聚酯類光刻膠也可用5-硝基苊作增感劑以縮短曝光時間。聚酯膠與聚乙烯醇肉桂酸酯比較，前者粘附性好，分

46、辨率高，適合于刻蝕細(xì)線條。</p><p>　?、郗h(huán)化橡膠類  環(huán)化橡膠類抗蝕劑的特點(diǎn)是，其交聯(lián)反應(yīng)由帶有雙感光性官能團(tuán)的交聯(lián)劑，在曝光后產(chǎn)生雙自由基，和附近的環(huán)化橡膠分子相互作用，在聚合物分子鏈之間形成橋鍵，從而變成三維結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)。</p><p>　　由于這類抗蝕劑和襯底材料有較強(qiáng)的粘附性，抗蝕能力也很強(qiáng)，特別適合于金屬材料的刻蝕。但由于氧會使交聯(lián)劑的光化學(xué)分解反應(yīng)停留

47、在中間階段，即停留在生成N-R-N3的階段而阻礙了交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，因此曝光要在充氮或真空條件下進(jìn)行。</p><p>　　3.2.2 正性光致抗蝕劑</p><p>　　曝光前對某些溶劑是不可溶的，而曝光后卻變成了可溶性的抗蝕劑稱為正性光致抗蝕劑。曝光后，可用稀堿性水溶液進(jìn)行顯影。這時光照部分由于生成羧酸鹽而溶解，而未受光照部分難溶，因而顯出與掩膜版相同的正圖象。</p>&

48、lt;p>　　正性抗蝕劑的抗堿性差而耐酸性好，所以常用1.5～3％Na3PO4水溶液進(jìn)行顯影,為了避免鈉離子對器件的不良影響,也可用有機(jī)堿性水溶液進(jìn)行顯影,如氫氧化四烷基銨水溶液等.由于堿性顯影液會受空氣中CO2的影響而變質(zhì),因此顯影速率會隨時間發(fā)生變化.但正性光刻膠分辨率高,邊緣整齊,反刻時易于套刻,是一種重要的抗蝕劑。</p><p>　　3.3 對光致抗蝕劑性能的要求</p><p

49、>　?。?）分辨率高  分辨率是指某種光刻膠光刻時所能得到的最小尺寸。它通常用1mm的寬度上能刻蝕出可分辨的最大線條數(shù)目來表示。若能刻蝕出可分辨的最小線寬為W/2,線與線之間距離也為W/2,則分辨率為1/W,單位為條線 。 </p><p>　　分辨率與光刻工藝有關(guān);也與光致抗蝕劑本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。例如正性膠的分辨率高于負(fù)性膠;光刻膠的平均分子量越低,分子量的分散性越小,則分辨率越高。</

50、p><p>　?。?）靈敏度高  光致抗蝕劑的感光靈敏度反映了光刻膠感光所必須的照射量,照射量正比于光強(qiáng)和暴光時間。對于正性膠,靈敏度定義為暴光顯影后膜后為零時的最小照射量;對于負(fù)性膠,靈敏度是指暴光顯影后膜厚可保留至原膜厚二分之一的照射量。</p><p>　　光刻膠的感光靈敏度和光刻膠的性質(zhì)及光刻工藝有關(guān)。例如，由于負(fù)性膠在暴光時其交聯(lián)反應(yīng)會出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，因而負(fù)性膠一般比正性膠具

51、有更高的靈敏度。在工藝上，涂膠厚度，顯影條件，光源的光譜成分以及增感劑的作用等都對靈敏度有影響。</p><p>　?。?）粘附性好  抗蝕劑與襯底（如SIO2，金屬等）之間粘附的牢固程度直接影響到光刻的質(zhì)量。影響粘附性的因素有抗蝕劑的性質(zhì)，襯底的性質(zhì)及其表面情況。實(shí)踐表明，平整，致密，清潔，干燥的襯底表面有利于光刻膠的粘附。襯底表面的灰塵，油污，水汽以及高低不平，會形成光刻膠粘附的薄弱區(qū)域。</

52、p><p>　　由于大多數(shù)抗蝕劑都是疏水性的，而濕氧氧化的SIO2表面含有硅醇基（—Si—OH），羥基形式的表面很容易因氫鍵的作用而吸附水分子，形成親水性表面。疏水性的抗蝕劑和親水性襯底之間的粘附性很差。在生產(chǎn)中，濕氧氧化后一般都要用高溫干氧吹干表面，以形成硅氧橋表面結(jié)構(gòu)（O—SI—O），從而改善其粘附性。為了避免硅片表面粘污和水汽的不良影響，最好從高溫爐中取出后立即進(jìn)行涂膠，以保證光刻膠和襯底之間有良好的粘附性。此

53、外，粘附性與膠膜厚度，暴光和烘焙因素也有密切關(guān)系。</p><p>　　（4）抗蝕性好  光刻工藝要求抗蝕劑在堅膜后，能較長時間地抵抗腐蝕劑的侵蝕。光致抗蝕劑的抗蝕性與其本身的性質(zhì)有關(guān)。例如環(huán)化橡膠類抗蝕劑比聚肉桂酸酯類抗蝕劑有更好的抗蝕性能。</p><p>　?。?）穩(wěn)定性好  光刻工藝要求抗蝕劑在室溫和避光的情況下，即使加入了增感劑也不發(fā)生暗反應(yīng)；在烘烤

54、干燥時，不發(fā)生熱交聯(lián)。為了提高抗蝕劑的穩(wěn)定性，可能加入能抑制活性基團(tuán)自發(fā)反應(yīng)的穩(wěn)定劑。例如，KPR膠可以加對苯二酚等。</p><p>　　此外，還要求光刻膠成膜性好，致密性好，針孔密度低，固態(tài)微粒含有率低，顯影后無殘渣，刻蝕后易去除干凈等性能。</p><p>　　3.4 光刻膠的配制</p><p>　　光刻時，需根據(jù)具體要求將光致抗蝕劑配成膠狀液體，稱為光刻膠

55、。光刻膠配制時，應(yīng)根據(jù)不同的刻蝕要求，選取合適的抗蝕劑，增感劑和溶劑。</p><p>　　溶劑的用量決定著光刻膠的稀稠，從而影響光刻膠膜的厚薄。光刻膠膜薄，暴光時光的散射和衍射作用影響較小，顯影時間也縮短，因此光刻圖形清晰，邊緣整齊，有利于提高分辨率。但膠膜薄時，抗蝕能力降低，針孔密度會增加。所以，應(yīng)根據(jù)各次光刻對分辨率和抗蝕性的要求來決定光刻膠的濃度。配比選擇的一般原則是在保證抗蝕能力的條件下，用較薄的膠膜，

56、以提高分辨率。</p><p>　　增感劑的用量，決定著光刻膠的感光靈敏度。光刻膠中加入適量增感劑，可以縮短暴光時間。增感劑用量過多，光在感光膜表面被強(qiáng)烈吸收，會造成內(nèi)層光刻膠暴光不足，顯影時出現(xiàn)浮膠。增感劑過多還會使膠膜變脆，增感劑在顯影時被溶解還會使針孔密度增加。因此增感劑的用量必須適當(dāng)。</p><p>　　3.4.1 KPR光刻膠</p><p>　　對于K

57、PR光刻膠，其組分的變化范圍通常為：</p><p>　　抗蝕劑    聚乙烯醇肉桂酸酯        5～10%</p><p>　　增感劑    5—硝基苊        &

58、#160;  0.25～1.0%</p><p>　　溶劑      環(huán)已酮            90～95%</p><p>　　3.4.2聚酯類光刻膠</p><p>　　對于聚酯類光刻膠，常用的

59、配方為：</p><p>　　抗蝕劑    聚肉桂叉丙二酸乙醇酯    12ɡ</p><p>　　增感劑    5—硝基苊          0.24g</p><p>　

60、　溶劑      環(huán)已酮          100ml</p><p>　　光刻時，可以根據(jù)不同的光刻對象和要求，選用不同配比的光刻膠。</p><p>　　光刻膠一般在暗室紅燈下配制，待光刻膠充分溶解后，可用離心法，過濾法或沉降法除去光刻膠中的故

61、態(tài)雜質(zhì)微粒。離心法是用每分鐘10000～12000轉(zhuǎn)的不銹鋼離心管高速旋轉(zhuǎn)，使固態(tài)微粒在離心力作用下沉積于不銹鋼管底部而除去。過濾法是將光刻膠通過壓濾，吸濾或自然過濾的方法，經(jīng)微孔過濾膜而除去固態(tài)微粒。沉降法是將配好的光刻膠在干燥避光的環(huán)境中靜置數(shù)天，使固體微粒自然沉降而除去，得到均勻，澄清的光刻膠供光刻工藝使用。</p><p>　　第4章 光刻質(zhì)量分析</p><p>　　平面晶體管和

62、集成電路制造中要進(jìn)行多次光刻,而光刻工藝的質(zhì)量不僅影響器件特性而且對器件的成品率和可靠性也有很大影響。半導(dǎo)體器件生產(chǎn)對光刻質(zhì)量的要求是：刻蝕圖形完整、尺寸準(zhǔn)確、邊緣整齊；圖形外氧化層上沒有針孔,圖形內(nèi)沒有殘留的被腐蝕物質(zhì)；同時要求套合準(zhǔn)確,無沾污等。但在光刻過程中常會出現(xiàn)浮膠、毛刺、鉆蝕、針孔和小島等缺陷。本結(jié)討論這些缺陷產(chǎn)生的原因及其對器件特性的影響。</p><p>　　4.1 光刻過程中的一些缺陷 <

63、/p><p><b>　　4.1.1 浮膠</b></p><p>　　浮膠就是在顯影或腐蝕過程中,由于化學(xué)試劑不斷侵入光刻膠膜與SIO2或其他薄膜間的界面,引起抗蝕劑膠膜皺起或剝落的現(xiàn)象.光刻時產(chǎn)生浮膠,將嚴(yán)重影響光刻圖形的質(zhì)量,甚至造成整批硅片的報廢.產(chǎn)生浮膠的原因往往和膠膜與似底的粘附性有密切關(guān)系.(1)顯影時產(chǎn)生的原因①涂膠前硅片表面不清潔，沾有油污或水汽，使

64、膠膜表面間沾污不良。②光刻配制有誤或膠液陳舊變質(zhì)，膠的光化學(xué)反應(yīng)性能不好，與硅片表面粘附能力差。③前烘時間不足或過度。④暴光不足，光化學(xué)反應(yīng)不徹底，部分膠膜容于顯影液中，引起浮膠。⑤顯影時間過長。(2)腐蝕時產(chǎn)生浮膠的原因①堅膜不足，膠膜沒有烘透，沾附性差，在腐蝕液作用下引起浮膠。②腐蝕液配比不當(dāng)。如腐蝕的氫氟酸緩沖腐蝕液中氫化銨太少，腐蝕液活潑性太強(qiáng)。③腐蝕溫度太高或太低。溫度太低，腐蝕時間太長，腐蝕液穿透或從膠膜底部

65、滲入，引起浮膠，溫度太高，則腐蝕液活潑性強(qiáng)，也可能產(chǎn)生浮膠。此外，顯影時產(chǎn)生浮膠的因素也可能造成腐蝕時浮膠。腐蝕時浮膠會使掩蔽區(qū)的氧化層受到嚴(yán)重破壞。在光刻時必須加以注意。</p><p>　　4.1.2 毛刺和鉆蝕</p><p>　　腐蝕時，如果腐蝕液滲入光刻膠膜的邊緣，使圖形邊緣受到腐蝕，從而破壞掩蔽擴(kuò)散的氧化層或捛條的完整性。若滲透腐蝕較輕，圖形邊緣出現(xiàn)針狀的局部破壞，習(xí)慣上稱為

66、毛刺。若圖形邊緣腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)鋸齒狀或花斑狀的破壞，稱為鉆蝕。當(dāng)SIO2掩蔽膜窗口存在毛刺和鉆蝕時，會引起側(cè)面擴(kuò)散結(jié)特性變壞，影響器件的成品率和可靠性。</p><p>　　產(chǎn)生毛刺或鉆蝕的原因有：①基片表面不清潔，存在油污，灰塵或水汽，使光刻膠和氧化層粘附不良，引起毛刺或局部鉆蝕。②氧化層表面存在磷硅玻璃，特別是磷的濃度較大時，表面與光刻膠粘附性不好，耐腐蝕性能差，容易造成鉆蝕。③光刻膠中存在顆粒狀物質(zhì)，

67、造成局部粘附不良。④對于光聚合型光刻膠，暴光不足，顯影時產(chǎn)生鉆溶，腐蝕時造成毛刺或鉆蝕。⑤顯影時過長，圖形邊緣發(fā)生鉆溶，腐蝕時造成鉆溶。⑥掩模圖形的邊緣有毛刺狀缺陷，以及硅片表面有突起或固體顆粒，在對準(zhǔn)定位時掩模與硅片表面間有摩擦，使圖形的邊緣有劃痕，腐蝕時產(chǎn)生毛刺。</p><p><b>　　4.1.3 針孔</b></p><p>　　在光刻圖形外面的氧化

68、層上，經(jīng)光刻后會出現(xiàn)直徑為微米數(shù)量級的小孔洞，稱為針孔。    針孔的存在，將使氧化層不能有效地起到雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽作用和絕緣作用。在平面器件生產(chǎn)中，尤其對集成電路和大功率器件，氧化層針孔是影響成品率的主要因素。例如，光刻集成電路隔離槽時，在隔離區(qū)上的針孔經(jīng)隔離擴(kuò)散后會形成P型管道，將使晶體管的集電結(jié)結(jié)面不平整，甚至造成基區(qū)與村底路。對于大功率平面晶體官，光刻引線孔時，在延伸電極處的SIO2，膜上產(chǎn)生針孔，

69、則會造成金屬化電極與集電區(qū)之間的短路，因此，在大功率晶體管和集成電路產(chǎn)生中，往往在刻引線孔之后，進(jìn)行低溫沉積SIO2，然后套引線孔，以減少氧化層針孔。光刻時產(chǎn)生針孔的原因有：①氧化硅薄膜表面有塵土、石英屑、硅渣等外來顆粒，使得涂膠與基片表面未充分沾潤，留有未覆蓋的小區(qū)域，腐蝕時產(chǎn)生針孔。②光刻膠中含有固體顆粒，影響暴光效果，顯影時剝落，腐蝕時產(chǎn)生針孔。③光刻膠模本身抗蝕能力差，或膠模太薄，腐蝕液局部穿透膠模，造成針孔。④前烘不足

70、，殘存溶劑阻礙抗腐蝕劑揮發(fā)過快而鼓泡，腐蝕時產(chǎn)生針孔。⑤暴光不足，關(guān)聯(lián)不充分，或暴光時間過長，膠層發(fā)生皺皮，腐蝕液穿透膠模而產(chǎn)生</p><p><b>　　4.1.4 小島 </b></p><p>　　小島是指在應(yīng)該將氧化層刻蝕干凈的光刻窗口內(nèi)，還留有沒有刻蝕干凈的氧化局部區(qū)域，形成狀不規(guī)則，習(xí)慣上稱為小島。   小島的存在，使擴(kuò)散區(qū)域

71、的局部點(diǎn)有氧化層，阻礙了雜質(zhì)在該處的擴(kuò)散而形成異常區(qū)，造成器件擊穿特性變壞，反向漏電增加，甚至極間穿通。光刻中產(chǎn)生小島的原因有：①掩模版圖形上的針孔或損傷，在暴光時形成漏光點(diǎn)，使該處的光刻膠模感光交聯(lián)，保護(hù)了氧化層不被腐蝕，形成小島。對這種情況，可在光刻腐蝕后，易版或移位再進(jìn)行一次套刻，以減少或消除小島。②暴光過度或光刻膠變質(zhì)失效，以及顯影不足，局部區(qū)域光刻膠在顯影時溶解不凈。③氧化層表面有局部耐腐蝕物質(zhì)，如硼硅玻璃等。④腐蝕液

72、不干凈，存在阻礙腐蝕作用的臟物。因此必須定期更換新的腐蝕液。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1光的折射率</b></p><p>　　光的折射（refraction） 。光通過一種透明介質(zhì)進(jìn)入到另一種透明介質(zhì)的時候，發(fā)生方向的改變。主要是因?yàn)樵趦煞N介質(zhì)中光的傳播速度不同（λ=v/

73、f） 。光在真空中的傳播速度最快（3.0×108m/s） ，所以在真空介質(zhì)中，光線與界面法線方向的夾角最大。 絕對折射率。表征光在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)對光的一種特征。光從真空射入另一種介質(zhì)時會發(fā)生折射現(xiàn)象。該介質(zhì)的絕對折射率定義為：入射角 i的正弦值與折射角 r的正弦值之比。即：折射率 n=sini/sinr=c/v；其中 c 表示光在真空中的傳播速度。因?yàn)楣庠谡婵罩械膫鞑ニ俣茸羁欤云渌魏谓橘|(zhì)的絕對折射率都應(yīng)該大于 1。此

74、外，對同一種介質(zhì)，不同波長的光入射， 其絕對折射率也不相同。 折射率隨著波長的減少而增大。 即紅光的折射率最小，而紫外光的折射率最大。通常我們說某物質(zhì)的折射率（比如：水 1.33，水晶 1.55，金剛石2.42,玻璃 1.5～1.9） ，都是針對鈉黃光而言的。黃光的波長為 589nm；而在 ArF193nm 的深紫外來說，水的折射率為 1.47。相對折射率。當(dāng)光從介質(zhì) 1 射入介質(zhì)2中時，介質(zhì) 2相對于介質(zhì) 1 的相對折</p&g

75、t;<p><b>　　謝辭</b></p><p>　　走得最快的總是時間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，三年的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃上完美的句號。</p><p>　　本論文在xx老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成，從課題選擇到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著xx老師的心血和汗水，我們的畢業(yè)設(shè)計期間，xx老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)

76、求實(shí)的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在此向xx老師表示深深的感謝和崇高的敬意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]莫大康．光刻技術(shù)最新進(jìn)展[J]．電子產(chǎn)品世界，2004，（11）．[2]袁瓊雁，王向朝，施偉杰，李小平．浸沒式光刻技術(shù)的研究進(jìn)展[J]．激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2006，（8）．

77、[3]童志義，葛勱沖．國外半導(dǎo)體制造設(shè)備市場[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，2005，（12）．[4]童志義，光學(xué)光刻技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J] ．電子工業(yè)專用設(shè)備，2001，（1）．</p><p>　　[5]莊童曾，集成電路制造技術(shù)原理與實(shí)踐[M] ．北京；電子工業(yè)出版社，1992.</p><p>　　[6]施敏，現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理，北京科學(xué)技術(shù)出版社，2002.</p>&