4.2 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（1）装置图4-14 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：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：光栅扫描光栅扫描和矢量扫描矢量扫描图4-15 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 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n n正性正性（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。n n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 溶解于显影液。图4-17 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）邻近效应邻近效应：电子散射导致邻近区域受辐照影响图4-18 4-18 临近效应0.4mm PMMA0.4mm 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 4.2.2 极短紫外光刻（极短紫外光刻（EUVEUV）图4-19 EUV4-19 EUV光刻系统PMMAPMMA抗蚀剂多膜层覆盖，使EUVEUV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 X4.2.3 X射线光刻（射线光刻（XRLXRL）：）：1nm1nm【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 XRL4-20 XRL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 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 4.2.4 离子束光束：离子束光束：图4-21 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 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 电子束光刻电子束光刻：邻近效应 EUVEUV光刻光刻：掩模版制备工艺 X X射线光刻射线光刻：掩模构造复杂性 离子束光刻离子束光刻：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修改第第 5 5 章章 刻刻 蚀蚀（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 各向异性度各向异性度 （保真度保真度）设 和 分别是横向和纵向刻蚀速率刻蚀速率，则各向异性度为： ，（5-1）当 ，称为各向同性刻蚀各向同性刻蚀，这时， ;当 时，称为各向异性刻蚀各向异性刻蚀，这时 。图5-1 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n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。n均匀性 5.1 湿法化学腐蚀n湿法化学腐蚀机理：三个过程n湿法化学腐蚀方式： 浸没式腐蚀浸没式腐蚀和喷淋式腐蚀喷淋式腐蚀 图5-2 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 5.1.1 硅的腐蚀硅的腐蚀（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n nV V形槽形槽：小掩模窗口n nU U形槽形槽 ：大掩模窗口（短腐蚀时间）n n垂直井槽垂直井槽: 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 5-3 定向腐蚀V V形槽U 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 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（BOE） 、 缓冲液缓冲液（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 腐蚀液腐蚀液：BOE与沸腾 溶液 选择比选择比：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：黄君凯 教授超大规模集成电路技术基础4-5修改