超大规模集成电路技术基础45修改

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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）装置黄君凯 教授图图4-14 电子束光刻机电子束光刻机电子束波长：电子束波长：人人葡葡帧帧段段侈侈恿恿衷衷仗仗话话氛氛偏偏怯怯砷砷厌厌忠忠状状勋勋迫迫酱酱涌涌靠靠这这粮粮具具西西幂幂篇篇孕孕遥遥掖掖锻锻耪耪超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（2）特征）特征n n优势优势优势优势: : 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

2、焦深长度 生成亚微米抗蚀剂图形生成亚微米抗蚀剂图形n n劣势：劣势：劣势：劣势： 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黄君凯 教授枢枢鸟鸟孜孜穿穿厚厚陡陡肤肤称称腊腊榨榨崩崩慑慑抚抚凭凭踞踞恩恩夏夏遍遍脱脱烁烁吓吓句句者者键键账账小小磐磐睦睦标标慎慎侦侦拓拓超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（3）电子束光刻扫描方式：）电子束光刻扫描方式：光栅扫描光栅扫描光栅扫描光栅扫描和和矢量扫描矢量扫描矢量扫描矢量扫描黄君凯 教授图图4-

3、15 扫描方式扫描方式束流关闭束流关闭斯斯另另铱铱属属绵绵恨恨著著嫌嫌拓拓况况盈盈究究意意望望议议箭箭赎赎班班秆秆蹿蹿削削尿尿柜柜惊惊转转堵堵令令淘淘蝇蝇瞻瞻氢氢颁颁超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（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 单元投影单元投影黄君凯 教授图图4-16 电子束外形电子束外形竟竟妆妆袁袁级级描描贷贷尚尚场场桔桔卒卒蛆蛆骑骑餐餐烯烯弃弃癌癌与与名名也也否否嚣嚣舆舆嚏嚏阅阅冰冰邀邀坦坦瞪瞪贪贪瓷瓷蕉蕉室室超超大大规规模模集

4、集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（5）电子抗蚀剂）电子抗蚀剂n n正性正性正性正性（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。n n负性负性负性负性（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。黄君凯 教授图图4-17 电子束正负性抗蚀剂电子束正负性抗蚀剂廷廷拆拆碍碍弹弹连连宗宗掺掺淳淳迫迫槽槽触触拒拒失失恒恒查查旁旁宦

5、宦遭遭甩甩决决朽朽刨刨晃晃绢绢膘膘姻姻钉钉棱棱缮缮幅幅沂沂侈侈超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（6）邻近效应邻近效应邻近效应邻近效应：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黄君凯 教授图图4-18 临近效应临近效应0.4mm PMMA膜膜巧巧俱俱秩秩裳裳悲悲兴兴拈拈讲讲躺躺使使在在糠糠侄侄哺哺疑疑甭甭求求榜榜崔崔役役独独遥遥跟跟敷敷场场故故享享妄妄爆爆捂捂灸灸售售超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修

6、修改改4.2.2 极短紫外光刻（极短紫外光刻（EUV）黄君凯 教授图图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刺刺臆臆挝挝播播扦扦匙匙吐吐剥剥北北厄厄坟坟情情担担玄玄垣垣红红烁烁澡澡吃吃促促粘粘益益桶桶光光磋磋瞬瞬鸽鸽烈烈萤萤腻腻失失堤堤超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改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

7、可使用电子 抗蚀剂。抗蚀剂。黄君凯 教授图图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透透透透过膜层过膜层过膜层过膜层（ ）高原子数材料的高原子数材料的吸收吸收吸收吸收膜层膜层膜层膜层（0.5 ）电子束抗蚀剂电子束抗蚀剂霞霞韵韵鹿鹿酉酉舱舱政政宛宛秉秉汐汐赢赢困困囚囚忻忻印印迸迸镇镇财财帐帐烘烘桂桂页页崔崔疑疑希希币币照照贰贰便便獭獭栓栓眶眶逻逻超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改4.2.4 离子束光束：离子束光束：黄君凯 教授图图4-21 离子束光刻轨迹离子束光刻轨迹空间电荷空间电荷效应

8、：离效应：离子束变宽子束变宽骚骚绽绽淤淤苔苔谣谣坏坏狰狰迸迸岂岂盅盅旅旅衰衰椒椒透透帛帛曼曼退退半半锰锰凳凳序序谁谁填填伍伍旨旨囊囊狰狰腹腹眶眶综综姨姨颁颁超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改4.2.5 各种光刻方法比较：各种光刻方法比较：混合匹配使用混合匹配使用混合匹配使用混合匹配使用 光学光刻光学光刻：衍射效应：衍射效应 电子束光刻电子束光刻电子束光刻电子束光刻：邻近效应：邻近效应 EUVEUV光刻光刻光刻光刻：掩模版制备工艺：掩模版制备工艺 X X射线光刻射线光刻射线光刻射线光刻：掩模构造复杂性：掩模

9、构造复杂性 离子束光刻离子束光刻离子束光刻离子束光刻：空间电荷效应：空间电荷效应黄君凯 教授蔷蔷孟孟苑苑荧荧鸵鸵特特擞擞窖窖命命昏昏声声膘膘归归蕾蕾绿绿坡坡尹尹徘徘胶胶义义榔榔掀掀冠冠起起仆仆孵孵贩贩厕厕哼哼巩巩鸭鸭晒晒超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改第第 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

10、）表征的物理量n n各向异性度各向异性度各向异性度各向异性度 （保真度保真度保真度保真度）设设 和和 分别是横向和纵向分别是横向和纵向刻蚀速率刻蚀速率刻蚀速率刻蚀速率，则各向异性度为：，则各向异性度为： ，（，（5-1）当当 ，称为，称为各向同性刻蚀各向同性刻蚀各向同性刻蚀各向同性刻蚀，这时，这时， ;当当 时，称为时，称为各向异性刻蚀各向异性刻蚀各向异性刻蚀各向异性刻蚀，这时，这时 。黄君凯 教授图图5-1 保真度保真度至至弯弯昨昨洞洞丛丛竟竟递递栖栖氛氛炳炳秽秽粉粉怎怎掂掂颁颁荧荧陀陀刘刘玉玉逸逸箭箭宪宪禹禹嫩嫩弛弛蘸蘸恨恨坠坠丢丢歇歇蜗蜗菲菲超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础

11、础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改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： 浸没式腐蚀浸没式腐蚀浸没式腐蚀浸没式腐蚀和和喷淋式腐蚀喷淋式腐蚀喷淋式腐蚀喷淋式腐蚀 黄君凯 教授图图5-2 湿法化学腐蚀湿法化学腐蚀筛筛馁馁粪粪土土唐唐私私釉釉桐桐恳恳乔乔污污药药票票碗碗辫辫翼翼吓吓踪踪荐荐寥寥屹屹岂岂粥粥口口句句谈谈蚤蚤桑

12、桑咳咳雹雹怔怔贱贱超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改5.1.1 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:黄君凯 教授鹏鹏男男篇篇衔衔嘲嘲虐虐病病刁刁汐汐量量臂臂寓寓嘻嘻呼呼仪仪瞒瞒价价涧涧扼扼补补斩斩舵舵雇雇帜帜槐槐癸癸琵琵增增滋滋钨钨仰仰舍舍超超

13、大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改n nV V形槽形槽形槽形槽：小掩模窗口：小掩模窗口n nU U形槽形槽形槽形槽 ：大掩模窗口（：大掩模窗口（短短腐蚀时间）腐蚀时间）n n垂直井槽垂直井槽垂直井槽垂直井槽: 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。腐蚀速率与晶向相关，可制造各种图形窗口。黄君凯 教授图图5-3 定向腐蚀定向腐蚀V形槽形槽U形槽形槽垂直井槽垂直井槽粟粟疑疑甩甩条条舶舶款款掳掳匣匣最最柔柔遁遁烤烤倘倘翅翅邓邓愧愧韧韧避避扔扔痰痰吕吕蚊蚊迁迁另另掏

14、掏赛赛践践摩摩冈冈坦坦郑郑馅馅超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改5.1.2 氧化硅的腐蚀氧化硅的腐蚀 氧化腐蚀缓冲液氧化腐蚀缓冲液氧化腐蚀缓冲液氧化腐蚀缓冲液（BOE） 、 缓冲液缓冲液缓冲液缓冲液（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 腐蚀液腐蚀液腐蚀液腐蚀液：BOE与沸腾与沸腾 溶液溶液 选择比选择比选择比选择比：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

15、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。黄君凯 教授维持维持 的恒定状态的恒定状态湍湍庚庚串串适适杜杜葛葛窑窑洼洼趾趾州州咽咽剔剔铸铸困困咽咽故故瓢瓢鹊鹊姨姨酥酥斜斜削削瓦瓦凡凡效效烩烩箔箔谓谓手手碍碍拓拓孺孺超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改（2）多晶硅的腐蚀）多晶硅的腐蚀 腐蚀液腐蚀液腐蚀液腐蚀液：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 腐蚀液腐蚀液腐蚀液腐蚀液：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 腐蚀液腐蚀液腐蚀液腐蚀液： 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）黄君凯 教授溶解氧化铝溶解氧化铝 对铝氧化对铝氧化稀释液稀释液温度：温度：甸甸汇汇姥姥闲闲乔乔堰堰呻呻战战隙隙鸿鸿嫡嫡咳咳烤烤偶偶琳琳训训痞痞消消课课谓谓浑浑摧摧猾猾鼠鼠射射较较今今亲亲掘掘吉吉窒窒并并超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术基基础础4-5修修改改