一、平坦化

电路通过图形密度的增加和工艺层数的增加升级到了VLSI的水平。随着各种各样的工艺层被刻蚀成图形,晶圆表面变得高低不平。这些高低不平的平面各自具有不同的反射性质。在在这样的表面条件下,使用简单的单层光刻胶工艺想达到微米图形(特别是0.5um以下)的分辨率几乎是不可能的。一个同题就是景深问题。景深有限的镜头不能使高平面和低平面的图形同时得到很好的曝光。另一个就是在台阶处由光反射成的金属图形凹口(参见下图)。在表面形貌复杂的晶圆上,目前有多平坦化技术被使用。这些技术包括多层光刻胶工艺.工艺层平坦化,回流技术.还有用化学机械抛光使表面平坦。目前最受关注的是表面全局平坦化(CMP),通过它可以使用单层光玺胶便可以得到理想的图形。然而,已描述的多层光刻胶工艺在这个工艺转变的时期还是很有用的。

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二、高级光刻胶工艺

在前面介绍的10步光刻工艺是基于单层光刻胶基础上的,同时假定单层光刻胶可以得到需要的图形,刻蚀不会产生针孔或其他缺陷。亚微米时代已经迫使单层光刻胶工艺不得不向多样化发展,而且这些发展往往和曝光机的发展父织在一起的。

 

三、多层光刻胶/表面成像

目前有很多种多层光刻胶工艺。工艺的选择取决于光刻胶需要打开的图形尺寸和晶是表面形状。尽管多层光划胶工艺增加了额外的工艺步。但在某些场合它是唯一能达到规定图形尺寸的方法。多层光刻胶工艺往往先在底部用较厚的光刻胶来填充凹处和平整晶圆表面。图形首先在被平坦化的顶层光刻胶层中形成。因为该表面是平坦的,用这种表面成像方法可以得到很小尺寸的形,避免了台阶图形的反射和景深问题。

 

双层光刻胶工艺使用两层光刻胶,每一层的光刻胶具有不同的极性。此工艺适用于具有表面形貌不同的晶圆上小图形成像。首先,在晶圆表面涂一层相对比较厚的光刻胶并烘焙至燃流点(参见下图)。典型的厚度为晶圆最大形台阶的3-4倍。目的是形成平坦的顶层光刻胶表面。典型的多层光刻胶工艺将用于对深紫外线敏感的正性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

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接着、在第一层光刻胶的上面。再涂一层相对比较薄的对紫外线敏感的正胶。这一层薄顶层光刻胶避免了厚胶的不利因素和晶圆圆表面的反射光的影响。可以达到很好的分辨率。因为顶层光刻胶依底层光刻胶的形状变化曲变化,所以顶层光刻胶又称为共形层(conformal layer)或便携式共形层(portable conformal layer)。顶层光刻胶作为辐射的阻挡层,下面一层不会感光。然后使用覆盖式或泛光深紫外曝光(无掩模版),通过顶层的孔使下面的厚正胶感光,从而将图形从顶层光刻胶转移到了下面一层。显影后,晶圆就可以刻了。

 

对两种光刻胶的选择是相当复杂的,需要考虑衬底的反射问题、波的影响和PMMA光刻胶的敏感度,。还有,两种光刻胶必须有兼容的烘焙工艺和相互独立的显影剂。

在基本的双层光刻胶工艺基础上,引申出了PMMA添加染色剂和在第一层光刻胶下面使用防反射涂层等工艺。许多引申出来的工艺都已非常成熟。使用双层光刻胶工艺其中一种是剥离技术。通过调整下面一层的显影控制.可以得到突悬结构,它可以帮助在晶圆表面更好地定义金属线(参见下图)

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三层光刻胶工艺(参见下图)在原来的两层光刻胶之间引进了一层“硬“层。这层“硬”层可能是二氧化硅或其他抗显影剂物质。与双层光刻胶工艺相同,图形是先在顶层光刻胶形成;接着,图形通过传统的刻蚀工艺转移到中间“硬“层中;最后,使用“硬”层作为刻蚀掩模版,将图形转移到底层。由于使用了“硬”中间层.底层可以使用非光刻胶物质,比如聚酰亚胺。

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四、硅烷化作用’DESIRE工艺

扩散加强硅烷化光刻胶(DESIRE)工艺是一种新颖的表面图形化工艺方法(参见下图)。就像其他的多层光胶工艺一样,DESIRE也是平整晶罢表面,在表层形成图形。DESIRE工艺使用标准的紫外线曝光表面层。在这一工艺中,曝光只局限于顶层。然后,将晶圆放入反应腔。通过这一步,硅混入光区域。富硅区域变成了硬掩模,可以用各向异性R正蚀使其下面的材料干法显影和去除。在刻蚀工艺中,烷化区域变成二氧化硅(SiO2)以形成了更坚固的刻蚀阻挡层。这种只在最上一层定义图形的技术称为顶面成像。

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五、酰亚胺平坦化层

聚酰亚胺在印制电路板生产中已经被使用了许多年。在半导体生产中使用它,主要是用它增强淀积形成的二氧化硅膜的绝缘效果,面且在晶圆上涂聚酰亚胺与涂光刻胶使用的设备相同。

 

将聚酰亚胺涂在晶是表面后,由于聚酰亚胺的流动会使晶圆表面变得更平坦,然后可以在聚酰亚胺上面覆盖其他硬薄层。聚酰亚胺可以像光刻胶一样与化学物质反应从而得到图形聚酰亚胺用途最广的是被用于两层金属之间的绝缘层。由于聚酰亚胺的平坦性使得第一摆金属层的图形定义变得更容易。

 

六、反刻平坦化

反刻被用于局部平整(参见下图)。金属线条形成后,在上面淀积一层厚的氧化物,并在氧化物上涂一层光刻胶。然后使用等离子体刻蚀。首先,较薄的光刻胶先被蚀掉,并开始刻蚀氧化物。接着,较厚的光刻胶也被刻蚀掉,而且一些氧化物也被刻掉。这样综合效果是局部表面得以平坦化。

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