基本光刻工艺流程.doc

第十三章基本光刻工艺流程
光刻工艺是一种用来去掉晶圆表面层上所规定的特定区域的基本操作，如图所示。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。13.1简介晶圆光刻工艺过程的两个目标是：表面层首先是在晶圆表面建立晶圆尽可能接近设计规则中所要求尺寸的图形，其次是在晶图形层圆表面正确定位图形。
晶圆

整个电路图形必须被正确定位于晶圆表面，电路图形上单独的每一部分之间的相对位置也必须是正确的，如图所示。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#2栅掩膜层之间所要求的正确对准。如果每一次的定位不准，将会导#1阱掩膜致整个电路失效。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#4制也同样是非常重要的。光刻金属掩膜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#5PAD艺是一个主要的缺陷来源。
掩膜

#3接触掩膜

WaferFabricationProcessFlow
Waferfabrication(front-end)WaferstartThinFilms薄膜Unpatternedwafer无图形硅片Completedwafer完成的硅片Polish抛光

Diffusion扩散

Photo光刻

Etch刻蚀

Test/Sort

Implant注入

光刻是IC制造中最关键步骤，光刻成本在整个硅片加工成本中几乎占到三分之一。

13.2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（见下图）。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。

工艺步骤对准和曝光

目的掩膜/图形在掩膜版和图形在晶圆上的精确对准和光刻胶的曝光。负胶是聚合物光刻胶氧化层

晶圆

显影

去除非聚合的光刻胶晶圆

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。
工艺步骤刻蚀目的将晶圆顶层通过光刻胶的开口去除晶圆光刻胶氧化层

光刻胶去除

从晶圆上去除光刻胶层

氧化层晶圆

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所示。
工艺步骤对准和曝光目的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/图形光刻胶氧化层晶圆

显影

去除非聚合光刻胶晶圆

光刻胶氧化层

刻蚀

表层去除

晶圆

光刻胶去除

光刻胶去除

晶圆

NegativeLithography负性光刻
Ultravioletlight紫外光Chromeislandonglassmask在玻璃掩膜版上的铬岛Shadowonphotoresist光刻胶上的阴影
PhotoresistPhotoresistOxideOxideSiliconsubstrateSiliconsubstrateOxideOxideSiliconsubstrateSiliconsubstrate

被曝光的区域发生交联并变成阻止显影的化学物质Island岛Exposedareaofphotoresist光刻胶曝光区
Photoresist

Window窗口

Resultingpatternaftertheresistisdeveloped.

PositiveLithography正性光刻
UltravioletlightUltravioletlightAreasexposedtolightaredissolved.ChromeislandonglassmaskShadowonphotoresistIsland
photoresistPhotoresist

Window

Exposedareaofphotoresist
photoresistPhotoresistPhotoresistoxideOxideOxidesiliconsubstrateSiliconsubstrateSiliconsubstrateoxideOxideOxidesilic