文档介绍：第十章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验-1-
概述
基本光刻工艺前面已经介绍。随着图形尺寸减小到亚微米级,芯片制造工艺对低缺陷密度的要求越来越迫切;还有芯片尺寸和器件密度的增加,这些都要求芯片制造工业尽可能挖掘各种传统工艺的潜能和开发新的工艺技术。
ULSI/VLSI IC 图形处理过程中存在地问题
对于中规模、大规模和某些VLSI的IC,前面介绍的基本光刻工艺完全适用,然而,对于ULSI/VLSI IC 这些基本工艺已经明显力不能及。在亚微米工艺时代,µm以下明显显示出它的局限性。存在地问题主要包括:光学设备的物理局限;光刻胶分辨率的限制;晶园表面的反射现象和高低不平现象等。
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下图列出了一些在2012年左右对光刻工艺的要求
生产年度
2001
2006
2012
线宽(nm)
150
100
50
记忆量
1 Gb
16 Gb
64 Gb
逻辑Bits/cm2
380 M
B
17 B
芯片尺寸DRAM(mm2)
445
790
1580
最大连线水平
7
7~8
9
掩膜层
23
24~26
28
缺陷密度DRAM(D/m)
875
490
250
芯片连接I/O
1195
1970
3585
芯片直径(mm)
300
300
450
第十章基本光刻工艺------ 从曝光到最终检验-3-
有关光学系统分辨率控制、改进的曝光源、曝光问题、~。
晶园表面问题
晶园表面问题主要是指晶园表面的条件,包括表面的反射率、表面地形差异、多层刻蚀等。
光刻胶里的反射现象:
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反射问题在表面有很多阶梯(也称为复杂地形)的晶园中尤为突出,这些阶梯的侧面将入射光以一定角度反射入光刻胶里,引起图形分辨率不好,其中一个独特的现象就是阶梯处发生光干涉现象从而引起阶梯图形出现“凹口”。
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防反射涂层(ARC)
防反射涂层是在涂光刻胶之前在晶园表面涂一层物质用来帮助光刻胶成像()。防反射涂层对成像过程有几点帮助:
1)平整晶园表面;
2)防反射涂层切断了从晶园表面反射的光线;
3)还能降低驻波效应和增强图形对比度。
存在的问题
增加额外的涂层工艺和烘焙工艺,可能会使膜厚度和显影过程变得难控制,曝光时间也相应地增加30~50%。
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平整化
随着光刻次数的增加,晶园表面变得高低不平,如图所示。平整化技术包括:1)复层光刻胶工艺;2)工艺层平整化;3)回流技术;4)化学机械研磨。
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复层光刻胶
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铜制程工艺
随着器件密度的增加,金属层数也不断增加,各金属层之间使用导电介质连接,导电介质被称为连接柱或连接栓。钨虽然是很好的金属材料,但刻蚀工艺比较复查。目前,铜逐渐代替了铝来作为金属导体,但铜的工艺又引入了一大堆新问题,一种既使用铜又能同时做出连接柱的工艺称作铜制程,是一种嵌入式工艺过程,首先使用传统的光刻工艺刻出沟道,然后用所需的金属填充沟道,金属淀积并溢出沟道覆盖晶园表面。接着使用CMP(化学机械研磨)将溢出的金属磨去,只留下沟道内的金属线(见下图)。
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有关详细内容将在以后介绍。