超大规模集成电路技术基础45修改.ppt
黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,4.2 下一代光刻方法,4.2.1 电子束光刻:生产光学掩模 (1)装置,图4-14 电子束光刻机,电子束波长:,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(2)特征 优势: 无需掩模在晶片上直接形成图像 精密化自动控制操控 良好的焦深长度 生成亚微米抗蚀剂图形 劣势: 生产效率较低 ( ) 【结论】 采用符合加工器件最小尺寸的最大束径,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(3)电子束光刻扫描方式:光栅扫描和矢量扫描,图4-15 扫描方式,束流关闭,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(4)电子束外形 高斯点束流(圆形束流) 可变形状束流 单元投影,图4-16 电子束外形,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(5)电子抗蚀剂 正性(PMMA,PBS):聚合物与电子相互作用,引起化学键断裂成 小分子段,并溶解于显影液。 负性(COP):电子辐射诱发聚合物交联,形成高分子量材料,而不 溶解于显影液。,图4-17 电子束正负性抗蚀剂,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(6)邻近效应:电子散射导致邻近区域受辐照影响,图4-18 临近效应,0.4mm PMMA膜,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,4.2.2 极短紫外光刻(EUV),图4-19 EUV光刻系统,PMMA抗蚀剂,多膜层覆盖,使EUV具备最大反射率,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,4.2.3 X射线光刻(XRL):1nm,【注意】 XRL的抗蚀剂相当于接收大量二次电子辐照,故可使用电子 抗蚀剂。,图4-20 XRL系统,低原子数材料的薄型透过膜层( ),高原子数材料的吸收膜层(0.5 ),电子束抗蚀剂,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,4.2.4 离子束光束:,图4-21 离子束光刻轨迹,空间电荷效应:离子束变宽,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,4.2.5 各种光刻方法比较:混合匹配使用, 光学光刻:衍射效应 电子束光刻:邻近效应 EUV光刻:掩模版制备工艺 X射线光刻:掩模构造复杂性 离子束光刻:空间电荷效应,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,第 5 章 刻 蚀,(1)刻蚀工艺 将抗蚀剂图形转换到抗蚀剂下面的各层材料的工艺过程,重点 是将每一层材料未掩膜部分选择性地去掉。 (2)表征的物理量 各向异性度 (保真度) 设 和 分别是横向和纵向 刻蚀速率,则各向异性度为: ,(5-1) 当 ,称为各向同性刻蚀, 这时, ;当 时,称为各向异性刻蚀,这时 。,图5-1 保真度,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,选择比 两种不同材料刻蚀速率之比,描述图形转移中各层材料的相互影响。 均匀性 5.1 湿法化学腐蚀 湿法化学腐蚀机理:三个过程 湿法化学腐蚀方式: 浸没式腐蚀和喷淋式腐蚀,图5-2 湿法化学腐蚀,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,5.1.1 硅的腐蚀,(1)非定向腐蚀 腐蚀剂:硝酸,氢氟酸和醋酸(稀释液)混合水溶液 (2)定向腐蚀 腐蚀剂:KOH、异丙基乙醇和水混合液(23.4 : 13.5 : 63) 定向腐蚀速率之比:,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,V形槽:小掩模窗口 U形槽 :大掩模窗口(短腐蚀时间) 垂直井槽: 以(111)面为侧壁 【应用】腐蚀速率与晶向相关,可制造各种图形窗口。,图5-3 定向腐蚀,V形槽,U形槽,垂直井槽,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,5.1.2 氧化硅的腐蚀,氧化腐蚀缓冲液(BOE) 、 缓冲液(BHF) : 、 混合水溶液 5.1.3 氮化硅和多晶硅的腐蚀 (1)氮化硅腐蚀 腐蚀液:BOE与沸腾 溶液 选择比: 注意 沸腾 影响光致抗蚀剂对氮化膜的粘附性 处理方法 采用光致抗蚀剂 - 氧化层 - 氮化层结构,先以BOE腐蚀氧 化层,成为氮化层的掩模,再腐蚀氮化硅层。,维持 的恒定状态,黄君凯 教授,超大规模集成电路技术基础4-5修改,(2)多晶硅的腐蚀 腐蚀液:与单晶硅腐蚀液类似,但腐蚀速率更快。 5.1.4 铝的腐蚀 腐蚀液:磷酸、硝酸、醋酸和去离子水(DI)混合液 5.1.5 砷化镓的腐蚀 腐蚀液: 或 (前者比后者的腐蚀速率快近两倍),溶解氧化铝,对铝氧化,稀释液,温度:,