超大规模集成电路技术基础45修改.ppt

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1、4.2 下一代光刻方法下一代光刻方法4.2.1 电子束光刻：生产光学掩模电子束光刻：生产光学掩模（1）装置）装置图图4-14 电子束光刻机电子束光刻机电子束波长：电子束波长：0.20.5oA（2）特征）特征 无需掩模在晶片上直接形成图像无需掩模在晶片上直接形成图像 精密化自动控制操控精密化自动控制操控 良好的焦深长度良好的焦深长度 生成亚微米抗蚀剂图形生成亚微米抗蚀剂图形 生产效率较低生产效率较低()【结论】【结论】采用符合加工器件最小尺寸的最大束径采用符合加工器件最小尺寸的最大束径0.25:10/mh块（3）电子束光刻扫描方式：）电子束光刻扫描方式：和和图图4-15 扫描方式扫描方式束流关闭

2、束流关闭（4）电子束外形）电子束外形 高斯点束流（圆形束流）高斯点束流（圆形束流）可变形状束流可变形状束流 单元投影单元投影图图4-16 电子束外形电子束外形（5）电子抗蚀剂）电子抗蚀剂（PMMA，PBS）：聚合物与电子相互作用，引起化学键断裂成）：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。小分子段，并溶解于显影液。（COP）：电子辐射诱发聚合物交联，形成高分子量材料，而不）：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。溶解于显影液。图图4-17 电子束正负性抗蚀剂电子束正负性抗蚀剂（6）：电子散射导致邻近区域受辐照影响：电子散射导致邻近区域受辐照影响

3、图图4-18 临近效应临近效应0.4mm PMMA膜膜4.2.2 极短紫外光刻（极短紫外光刻（EUV）图图4-19 EUV光刻系统光刻系统PMMA抗蚀剂抗蚀剂多膜层覆盖，使多膜层覆盖，使EUV具备最大反射率具备最大反射率4.2.3 X射线光刻（射线光刻（XRL）：）：1nm【注意】【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。抗蚀剂。图图4-20 XRL系统系统低原子数材料的薄型低原子数材料的薄型（）高原子数材料的高原子数材料的（0.5 ）电子束抗蚀剂电子束抗蚀剂12 mm4.2.4 离子束光束：离子束光束：图图4-21

4、 离子束光刻轨迹离子束光刻轨迹空间电荷空间电荷效应：离效应：离子束变宽子束变宽4.2.5 各种光刻方法比较：各种光刻方法比较：衍射效应：衍射效应 ：邻近效应：邻近效应 ：掩模版制备工艺：掩模版制备工艺 ：掩模构造复杂性：掩模构造复杂性 ：空间电荷效应：空间电荷效应第第 5 章章 刻刻 蚀蚀（1）刻蚀工艺）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是将每一层材料未掩膜部分选择性选择性地去掉。地去掉。（2）表征的物理量）表征的物理量 （）设设 和和 分别是横向和纵向分别是横向和纵向，则各向异性度为

5、：，则各向异性度为：，（，（5-1）当当 ，称为，称为，这时，这时，;当当 时，称为时，称为，这时，这时 。fAVRlR1lfVRAR lvRR0fA lvRR10fA图图5-1 保真度保真度n 选择比选择比 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。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。n 均匀性均匀性 5.1 湿法化学腐蚀湿法化学腐蚀n 湿法化学腐蚀机理：三个过程湿法化学腐蚀机理：三个过程n 湿法化学腐蚀方式：湿法化学腐蚀方式：和和100%最大刻蚀速率最小刻蚀速率刻蚀速率均匀性(%)=最大刻蚀速率+最小刻蚀速率图图5-2 湿法化学腐蚀湿法化学腐蚀5.

6、1.1 硅的腐蚀硅的腐蚀（1）非定向腐蚀）非定向腐蚀 腐蚀剂腐蚀剂：硝酸，氢氟酸和醋酸（稀释液）混合水溶液：硝酸，氢氟酸和醋酸（稀释液）混合水溶液（2）定向腐蚀）定向腐蚀 腐蚀剂腐蚀剂：KOH、异丙基乙醇和水混合液（、异丙基乙醇和水混合液（23.4:13.5:63）定向腐蚀速率之比定向腐蚀速率之比:3222424SiHNOSiOH ONO226262SiOHFH SiFH O(100)(110)(111):100:16:1RRR：小掩模窗口：小掩模窗口：大掩模窗口（：大掩模窗口（短短腐蚀时间）腐蚀时间）:以（以（111）面为侧壁）面为侧壁【应用】【应用】腐蚀速率与晶向相关，可制造各种图形窗口。

7、腐蚀速率与晶向相关，可制造各种图形窗口。图图5-3 定向腐蚀定向腐蚀02bWWlV形槽形槽U形槽形槽垂直井槽垂直井槽5.1.2 氧化硅的腐蚀氧化硅的腐蚀（BOE）、（BHF）：、混合水溶液混合水溶液 5.1.3 氮化硅和多晶硅的腐蚀氮化硅和多晶硅的腐蚀（1）氮化硅腐蚀）氮化硅腐蚀：BOE与沸腾与沸腾 溶液溶液：注意注意 沸腾沸腾 影响光致抗蚀剂对氮化膜的粘附性影响光致抗蚀剂对氮化膜的粘附性处理方法处理方法 采用光致抗蚀剂采用光致抗蚀剂-氧化层氧化层-氮化层结构，先以氮化层结构，先以BOE腐蚀氧腐蚀氧 化层，成为氮化层的掩模，再腐蚀氮化硅层。化层，成为氮化层的掩模，再腐蚀氮化硅层。HF4NH FHF43NH FNHHF维持维持 的恒定状态的恒定状态HF34H PO34H PO342:10:1Si NSiORR（2）多晶硅的腐蚀）多晶硅的腐蚀 ：与单晶硅腐蚀液类似，但腐蚀速率更快。：与单晶硅腐蚀液类似，但腐蚀速率更快。5.1.4 铝的腐蚀铝的腐蚀 ：磷酸、硝酸、醋酸和去离子水（：磷酸、硝酸、醋酸和去离子水（DI）混合液）混合液5.1.5 砷化镓的腐蚀砷化镓的腐蚀 ：或或 (前者比后者的腐蚀速率快近两倍）前者比后者的腐蚀速率快近两倍）溶解氧化铝溶解氧化铝 对铝氧化对铝氧化稀释液稀释液24222H SOH OH O34222H POH OH Oo3080 C温度：温度：