最新半导体制造工艺-04光刻(上)课件PPT.ppt 73页

'半导体制造工艺-04光刻(上) 光刻的定义光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术。用照相复印的方法将掩模版上的图案转移到硅片表面的光刻胶上，以实现后续的有选择刻蚀或注入掺杂光刻的目的：光刻的目的就是在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形，把掩模版上的图形转换成晶圆上的器件结构,从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。2 集成电路的特征尺寸是否能够进一步减小，也与光刻技术的进一步发展有密切的关系。通常人们用特征尺寸来评价一个集成电路生产线的技术水平。所谓特征尺寸（CD：characteristicdimension）是指设计的多晶硅栅长，它标志了器件工艺的总体水平，是设计规则的主要部分。通常我们所说的0.13m,0.09m工艺就是指的光刻技术所能达到最小线条的工艺。3 4.大尺寸硅片的加工提高了经济效益但是要在大面积的晶圆上实现均匀的胶膜涂覆，均匀感光，均匀显影，比较困难高温会引起晶圆的形变，需要对周围环境的温度控制要求十分严格，否则会影响光刻质量5.低缺陷缺陷会使电路失效，因此应该尽量减少缺陷7 光学图形曝光－洁净室在集成电路制造中，主要的图形曝光设备是利用紫外光[λ=0.2-0.4μm]的光学仪器。主要讨论曝光装置、掩模版、抗蚀剂与分辨率。尘埃粒子在掩模版图案上所造成的不同腐蚀的影响在IC制造中必须要求洁净的厂房，特别是图形曝光的工作区域，因为尘埃可能会粘附于晶片或掩模版上造成器件的缺陷从而是电路失效。8 35％的成本来自于光刻工艺图形转移技术组成：掩膜版/电路设计掩膜版制作光刻光源曝光系统光刻胶用于IC制造的掩模版通常为缩小倍数的掩模版。掩模版的第一步为设计者用CAD系统完整地将版图描绘出来。然后将CAD得到的数据信息传送到电子束图形曝光的图形产生器。再将图案直接转移至对电子束敏感的掩模版上。掩模版是由融凝硅土的基底覆盖一层铬膜组成。电路图案先转移至电子敏感层进而转移至底下的铬膜层，掩模版便完成了9 IC掩模版10 空间图像潜在图像11 掩膜版制作CAD设计、模拟、验证后由图形发生器产生数字图形数字图形×4或×5投影光刻版投影式光刻×1掩膜版制作接触式、接近式光刻12 电子束直写熔融石英玻璃片80nmCr10～15nmARC（anti-reflectioncoating）光刻胶高透明度（散射小）热膨胀小×4或×5投影光刻版在制版时容易检查缺陷版上缺陷可以修补蒙膜(pellicle)保护防止颗粒玷污13 掩模版制作过程12.Finished14 成品率Y:D0:单位面积缺陷数，Ac:芯片面积，N:掩膜版层数15 光刻机光刻机的性能由三个参数判断：分辨率、套准精度与产率。分辨率：能精确转移到晶片表面抗蚀剂膜上图案的最小尺寸；套准精度：后续掩模版与先前掩模版刻在硅片上的图形相互对准的程度；产率：对一给定的掩模版，每小时能曝光完成的晶片数量。光学曝光方法：遮蔽式曝光和投影式曝光。遮蔽式曝光：可分为掩模版与晶片直接接触的接触式曝光和二者紧密相邻的接近式曝光。若有尘埃或硅渣嵌入掩模版中，将造成掩模版永久性损坏，在后续曝光的晶片上形成缺陷。投影式曝光：在掩模版与晶片间有一距离，10-50um。但这一间隙会在掩模版图案边缘造成光学衍射。导致分辨率退化。16 三种硅片曝光模式及系统接触式接近式投影式1:1曝光系统17 步进投影式光刻机原理图10:15:11:1步进扫描光刻机18 DSW－directsteponwafer19 接触式和接近式——近场衍射（Fresnel）像平面靠近孔径，二者之间无镜头系统曝光系统20 接触和接近式Fresnel衍射理论适用的间隔范围：最小分辨尺寸g＝10mm，＝365nm（i线）时，Wmin2mm21 对遮蔽式曝光，最小线宽（临界尺寸）可用下式表示其中，λ是曝光光源的波长，g是掩模版与晶片间的间隙距离。当λ与g减小时，可以得到lCD缩小的优势。然而，当给定一个g，任何大于g的微尘粒子都会对掩模版造成损坏。22 投影式——远场衍射（Fraunhofer）像平面远离孔径，在孔径和像之间设置镜头爱里斑23 瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的爱里斑中心恰好与另一个点物S2的爱里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰可分辨两物点。S1S2S1S2S1S2可分辨不可分辨恰可分辨100%73.6%分辨率24 两个爱里斑之间的分辨率(瑞利判据):数值孔径：收集衍射光的能力。n为折射率分辨率k1=0.6-0.8提高分辨率：NA，，k1理论计算人眼爱里斑~20m分辨率：100m25 由于有较高的光强度与稳定度，高压汞灯被广泛用作曝光光源。26 投影式基本参数：分辨率(resolution)焦深(depthoffocus)视场(fieldofview)调制传递函数(MTF—modulationtransferfunction)套刻精度(alignmentaccuracy)产率(throughput)……光学系统决定机械设计27 为轴上光线到极限聚焦位置的光程差。根据瑞利判据：很小时，焦深NA，焦深焦深28 焦深焦平面光刻胶IC技术中，焦深只有1mm，甚至更小29 光刻胶光刻胶的作用：对于入射光子有化学变化，通过显影，从而实现图形转移。灵敏度：单位面积的胶曝光所需的光能量：mJ/cm2负胶烃基高分子材料正胶分辨率高于负胶抗蚀性：刻蚀和离子注入正胶IC主导30 正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的部分发生光分解反应，可溶于显影液，未感光的部分显影后仍然留在晶圆的表面负性光刻胶的未感光部分溶于显影液中，而感光部分显影后仍然留在基片表面。正胶：曝光前不可溶，曝光后可溶负胶：曝光前可溶，曝光后不可溶光刻胶对大部分可见光敏感，对黄光不敏感。因此光刻通常在黄光室（YellowRoom））内进行。31 負光阻正光阻32 汞灯436nm(g线)和365nm(i线)光刻胶的组成（正胶－positivephotoresist,DNQ）a)基底：树脂是一种低分子量的酚醛树脂(novolac,apolymer)本身溶于显影液，溶解速率为15nm/s。b)光敏材料（PAC－photoactivecompounds)二氮醌(diazoquinone,DQ)DQ不溶于显影液，光刻胶在显影液中的溶解速率为1－2nm/sec光照后，DQ结构发生重新排列，成为溶于显影液的烃基酸（TMAH四甲基氢氧化铵——典型显影液）光照后，光刻胶在显影液中的溶解速度为100－200nm/sc)溶剂是醋酸丁脂、二甲苯、乙酸溶纤剂的混合物，用于调节光刻胶的粘度。前烘后膜上树脂:PAC＝1:133 负胶(NegativeOpticalPhotoresist)当VLSI电路需分辨率达2mm之前，基本上是采用负性光刻胶。负胶在显影时线条会变粗，使其分辨率不能达到很高。但在分辨率要求不太高的情况，负胶也有其优点：对衬底表面粘附性好抗刻蚀能力强曝光时间短，产量高工艺宽容度较高（显影液稀释度、温度等）价格较低（约正胶的三分之一）34 负胶的组成部分：a)基底：合成环化橡胶树脂(cyclizedsyntheticrubberrisin)对光照不敏感，但在有机溶剂如甲苯和二甲苯中溶解很快b)光敏材料PAC：双芳化基(bis-arylazide)当光照后，产生交联的三维分子网络，使光刻胶在显影液中具有不溶性。c)溶剂：芳香族化合物(aromatic)负胶显影液35 36 光刻胶的表征参数：1、对比度：胶区分亮区和暗区的能力mJ/cm2=mW/cm2×sec37 (1)曝光、显影后残存抗蚀剂的百分率与曝光能量有关。值得注意的是，即使未被曝光，少量抗蚀剂也会溶解。(2)当曝光能量增加，抗蚀剂的溶解度也会增加，直到阈值能量ET时，抗蚀剂完全溶解。(3)正抗蚀剂的灵敏度定义为曝光区域抗蚀剂完全溶解时所需的能量。除ET外，另一称为反差比（γ）参数也用来表征抗蚀剂。γ值越大，即表示曝光能量增加时，抗蚀剂溶解度增加越快，可得陡峭的图形。38 本节课主要内容基于衍射理论的光刻原理投影式（远场衍射）：分辨率、焦深、MTF、不相干度S接触/接近式（近场衍射）:最小尺寸光刻胶：正胶/负胶光刻胶的组成i线/g线（PAC）DUV（PAG）掩模版制作光刻机工作模式：接触式，接近式，投影式39 课题研究背景 COPD流行病学现状在世界范围内，COPD是导致死亡的第六位病因。到2020年，它将成为第三位致死病因。我国北部、中部部分地区成人调查结果显示COPD在成人中的患病率为3%。每年由于COPD造成的死亡可达100万，致残人数达500万-1000万。 COPD带来社会和经济负担WHO统计1990年因疾病造成的负担中COPD排在12位。1995年，美国花费在COPD上的医疗费为147亿美元，远远超过任何一种其他肺部疾病。国内统计：1992～1994年，每位肺心病患者的住院费用平均为1.0万RMB。而在1995～1997年，这一数字已上升至2.0万RMB。 COPD带来社会和经济负担COPD不仅造成大量医药资源浪费，还引起不可低估的家庭和社会问题：劳动力丧失（误工、提前病退）患者生活质量降低患者家庭负担增重 COPD与吸烟COPD患者中80%-90%为长期重度吸烟者吸烟者中大约15%左右的人发展为COPD预防COPD的主要措施是大力控制吸烟国内控烟工作现况不令人满意戒烟工作缺乏针对性，COPD预防缺乏明确目标人群我们尚未找到吸烟引起COPD易感性标志 控烟现况不令人满意1996年我国14岁以上成人吸烟率为37.62%，推算我国现有烟民3亿多。烟民中16.8%的人打算戒烟，9.4%的人正在戒烟，仅有3.5%吸烟者戒烟成功。目前吸烟者中起码有10%-15%的人20-30年后又会成为新的COPD患者。BACK COPD易感性研究儿童时期下呼吸道感染出生低体重遗传：微粒体环氧化物水解酶（mEPHX）谷胱甘肽S转移酶（GSTP1）1抗糜蛋白酶（1ACT）肿瘤坏死因子（TNF-）IL-10基因微卫星DNA不稳定性 COPD发病机理氧化-抗氧化失衡蛋白酶-抗蛋白酶失衡炎症过程 COPD恶化原因反复发生病毒与细菌感染常是COPD病情加重的原因。分泌型IgA（SIgA）是构成人体呼吸道黏膜屏障的重要组成部分。COPD患者外周血及唾液中IgA水平下降，防御及损伤修复能力降低，易遭受呼吸道病毒和细菌侵袭。 COPD防治现状长期以来人们把主要精力、财力用于COPD晚期——肺心病、呼吸衰竭的治疗。但是收效不大：多年来肺心病病死率徘徊于15%左右。虽然近年来人们开始重视研究COPD发病机制的研究，但尚未找到一种能有效阻止COPD进展的措施。 课题研究目标一.找出吸烟引起COPD多个因素综合作用模式。二.对轻、中度COPD患者进行以戒烟为基础的综合干预的效果估评及其机制研究，摸索出一套适合于我国国情的COPD防治办法。 课题研究内容和方法第一部分COPD易感性研究 COPD的易感性研究观察组：100例轻中度COPD患者（长期吸烟者），吸烟指数>20包年，FEV1/FVC%<70%，50%