案精确地转移到晶圆的 表面，其他刻蚀工艺的目标包括一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度和所有权成本最低 化。 2.4.1 湿法刻蚀 历史上的刻蚀方法一直是使用液体刻蚀剂沉浸的技术， 对于晶圆被刻蚀剂污染的担忧由增加 出口过滤器（point-of-use filter）来解决；不安完全刻蚀、过刻蚀（overetch）、各向异性刻 蚀（anisotropic）、各向同性刻蚀（isotropic）、底切（undercutting）、选择性（selectivity）。 ■硅湿法刻蚀：硝酸加氢氟酸的混合水溶液，醋酸等可用来控制放热反应。 ■二氧化硅湿法刻蚀：基本的刻蚀剂是氢氟酸(HF)，实际中用 49%的氢氟酸与水或氟化胺与 水混合。氟化胺[NH
艺要求冲洗和干燥步骤；液体化学品有毒害；湿法工艺具 有潜在的污染；光刻胶粘结力的失效导致底切。 干法刻蚀（ 2.4.2 干法刻蚀（dry etching） ） 等离子体、离子束打磨（刻蚀）和反应离子刻蚀（RIE） 第 5 页/共 9 页 集成电路制造工艺
■等离子体刻蚀： 桶形刻蚀机 （barrel etcher） 平面等离子刻蚀机、 、 电子回旋加速器共振(ECR)、 高密度反射电子、Helicon 波、感应耦合等离子（ICP）、变压器耦合等离子体(TCP)等；等 离子体系统的刻蚀率由系统设计和化学品两个主要因素决定， 其它因素是离子浓度和系统压 力；辐射损伤（对晶圆的辐射 radiation 或对等离子体 plasma 的损伤、非导体损耗 dielectric wearout、下游等离子体 downstream plasma）；选择性是等离子体刻蚀工艺的一个主要的考 虑事项，用于控制选择性的 4 种方法是刻蚀气体配比的选择、刻蚀率、接近工艺结束时的气 体稀释来减缓对下层的刻蚀、在系统中使用结束点探测器，其他关注的问题还有：污染、残 余物、腐蚀以及所有权成本。 ■离子束刻蚀： 离子束刻蚀是一个物理工艺， 动力传输 （momentum transfer） 喷溅刻蚀 、 （sputter etching）或离子打磨（ion milling）；材料的去除是非常有方向性（各向异性），导致良好 的小开口区域的精密度，因为是物理工艺，离子打磨的选择性差。 ■反应离子刻蚀（RIE）：结合了前二者的优点，一个主要优点是在刻蚀硅层上的二氧化硅 层，RIE 系统已成为用于最先进生产线中的刻蚀系统。 2.5 光刻胶的去除
光刻胶去除剂被分成综合去除剂和专用于正胶及负胶的去除剂， 它们也根据晶圆表层类型被 分成有金属的和无金属的。 ■无金属表面的湿法去除：硫酸和氧化剂溶液（过氧化氢或过硫酸盐胺）、硝酸做氧化剂。 ■有金属
表面的湿法化学去除：酚有机去除剂、溶液/ 胺去除剂、特殊湿法去除剂。 ■干法去胶：等离子场把氧气激发到高能状态，因而将光刻胶成分氧化为气体由真空泵从反 应室吸走 Ashing。 ■离子注入后和等离子去胶：一般地用干法工艺来去除或减少光刻胶，然后加以湿法工艺。 2.6 最终目检
与显影检测是一样的规程，只是大多数的拒收是无法挽回的，在显影目检中应已被区分并从 批料中拿出的晶圆叫做“显影目检漏掉”（develop inspect escapes）。 3 高级光刻工艺
3.1ULSI/VLSI 集成电路图形处理过程中存在的问题 3.1ULSI/VLSI 集成电路图形处理过程中存在的问题
光学曝光设备的物理局限、光刻胶分辨率的限制、许多与晶片表面有关的问题；使用光学光 刻技术解析 0.5 微米和 0.3 微米的图形需要对虚像（aerial images）有很好的控制，控制方 第 6 页/共 9 页 集成电路制造工艺
法主要从三个方面入手：光学系统分辨率、光刻胶分辨率和晶片表面问题，第四个方面是刻 蚀图形定义问题。
3.2 光学系统分辨率控制
（光刻分辨率工艺路线图） 线→I 线+ARI→I 线+OAI/深紫外光/深紫外光+OAI 或 PSM→I 线 I + OAI 或 PSM/深紫外光+ARI 或 OAI→I 线+PSM/深紫外光+OAI 或 PSM→深紫外光+PSM（最小 分辨率减小，ARI 环形灯光源、OAI 偏轴光源、PSM 相位偏移掩膜）。 ■改进的曝光源：紫外光 UV 和深紫外光 DUV，汞灯（I 线 365nm 紫外线 313nm、深紫外线 245nm）。 ■受激准分子激光器：XeF 351nm XeCl 308nm RF 248nm AF 193nm。 ■聚焦离子束：系统稳定性非常差。 ■X 射线：需要特制掩膜版（金做阻挡层）、成本非常高。 ■电子束：电子束光刻是一门成熟的技术，无需掩膜版，直接书写（direct writing），光刻 胶曝光顺序分为光栅式和矢量式；成本也比较高。 H 线 405nm G 线 436nm 中
3.3 其他曝光问题
镜头的数值孔径（NA）、可变数值孔径透镜（景深 DOF 和视野）、离轴光线；对比效应、景 物反差；周相移动掩膜版（PSM）、（交互狭缝 AAPSM、亚分辨率及镶边）周向移动掩膜版； 光学临近纠偏掩膜版（OPC） ；环孔照射（annular ring illumination）。 掩膜版薄膜（ 3.4 掩膜版薄膜（pellicle） ）
是一层在框架上拉伸平铺的无色有机聚合物薄膜，用硝化纤维 NC 或醋酸纤维 AC 制成。 3.5 晶圆表面问题
（表面的反射率、表面地形差异、多层刻蚀等等）光刻胶的光散射现象；
光刻胶里面的光反 射现象；防反射涂层（ARC）/上涂防反射层（TAR）；驻波问题，用 PEB 曝光后烘焙、染色 剂、防反射涂层等方式改善；平整化解决景深问题，解决阶梯处由光反射造成的金属图形凹 口等问题。 3.6 先进的光刻胶工艺 复层光刻胶/
3.6.1 复层光刻胶/表面成像 双层或三层光刻胶工艺，便携式共形层（portable conformal layer）。 第 7 页/共 9 页 集成电路制造工艺
硅烷化作用/DESIRE 3.6.2 硅烷化作用/DESIRE 工艺 、 （TSI, top surface image） 。 扩散加强硅烷化光刻胶， 硅烷化反应 （silyation process） 顶面成像
3.7 化学机械研磨（CMP） 3.7 化学机械研磨（CMP）
可以达到晶圆表面整体平整化；研磨移去所有表面物质；适用于多种物质表面；使高质量的 铜制程和铜化金属层称为可能；避免使用有毒气体；费用低。主要参数如下：研磨垫的构成、 研磨垫的压力、研磨垫旋转速度、机台旋转速度、磨粉浆的流速、磨粉浆的化学成分、磨粉 浆的物质选择性、表面物质、几何图形。 3.7.1 研磨垫 由铸型用聚亚氨酯泡沫材料和填料、聚亚胺酯填充垫等制成，具有多孔性、压缩性和硬度等 特性。 3.7.2 磨粉浆 细小的硅石、三氧化二硅、添加剂等，关键参数是 PH 值、流动力学参数和磨粉浆刻蚀选择 性。 3.7.3 研磨速度 主要影响因素有研磨垫的参数、磨粉浆的种类和磨粉尺寸、磨粉浆化学
组成等。 3.7.4 平整性 随着多层金属设计的采用，平整性并不易达到，铜、钨连接柱、钽、IDL 等挑战。 3.7.5 化学研磨后的清洗 机械刷拂去或用高压水柱冲去，化学清洁一般采用与其它 FEOL 清洗相同的技术，需特别注 意铜污染。 3.7.6CMP 3.7.6CMP 设备 晶圆搬运机械手、在线测量和洁净度监测装置，目标是“干进干出”。 第 8 页/共 9 页 集成电路制造工艺 3.8 光学光刻的前景
由于 X 射线和电子束光刻技术的费用昂贵，光学系统可持续改进以满足更小图形尺寸的要 求，在无光学系统技术占领半导体以前，“亚深紫外线”可能会成为下一个重要的光学光刻 技术进步。 参考文献
[1] 庄同曾. 集成电路制造工艺 . 北京:电子工业出版社,2005.
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