半导体基础与应用 教学课件 ppt 作者 肖国玲 第11章 光刻与制版工艺化学基础.ppsx

第11章 光刻与制版工艺化学基础,11.1 光刻胶及光刻工艺中的化学过程 11.2 蚀刻技术化学过程 11.3 制版工艺中的化学基础,11.1 光刻胶及光刻工艺中的化学过程,负胶 光刻胶在曝光前，对某些溶剂是可溶的，曝光后硬化成不可溶解的物质 正胶 光刻胶在曝光前，对某些溶剂是不可溶的，曝光后成可溶解的物质,负胶：聚乙烯醇肉桂酸酯的光聚合反应,,工作机理：双键在紫外光的作用下打开，曝光区的分子间产生交联，形成难溶的体型网状结构,,,聚乙烯醇肉桂酸酯制备工艺,,正胶的组成,正胶的显影速度受温度影响比负胶大，需要把显影液的温度控制在一个很窄的范围内，此外，粘附性和耐腐蚀性都比负胶差，但分辨率强，线条边沿很好，在光刻胶中占有重要地位正胶曝光的化学变化,负性胶配制材料如下： 聚乙烯醇肉桂酸脂 10g 5％～l0％ 5-硝基苊 1g 0.25％～1％ 环已酮 l00ml 90～95 正性胶配制材料如下： 重氮荼醌磺酸脂 0.2g 酚醛树脂 0.04g 环氧树脂 0.02g 乙醇乙醚 4ml,常用的电子束抗蚀剂,用于X射线曝光的抗蚀剂,光刻胶的表现要素,显影过程中的化学知识,显影工艺问题： 不完全显影、显影不够深、过显影 选择显影液原则 一般应考虑其对需要去掉的部分抗蚀剂溶解度大，对需要保留的部分溶解度极小，有害杂质少，毒性小等 显影液 基本的水溶液，由有机胺或无机盐配制而成。

常用显影液,负性光刻胶：通常选用丁酮、二甲苯、stoddard溶剂作为显影剂，并用n-丁基醋酸盐进行化学冲洗，以去除开孔区部分聚合的光刻胶和稀释曝光边缘过渡区的显影液 正胶显影液：叠氮化四甲基铵氢氧化物溶液（TMAH）（标准当量浓度为0.26，温度15～25℃）有时还需要添加表面活性剂以增强其和晶圆表面的黏结能力11.2 蚀刻技术化学过程,蚀刻又称刻蚀（etch），就是用适当的方法，对未被胶膜覆盖的SiO2或其它薄膜进行腐蚀，形成与胶膜相对应的图形，以便进行选择性扩散或金属布线等工序 蚀刻工艺主要分两大类：湿法刻蚀（包括沉浸和喷射方法）和干法刻蚀（包括等离子体刻蚀、离子轰击、反应离子刻蚀）,湿式蚀刻(wet etching),利用氧化剂将蚀刻材料氧化，再利用适当的酸将氧化后的材料溶解于水中 硅（Si）的蚀刻 Si＋HNO3＋6HF=H2SiF6＋HNO3＋H2O＋H2↑ KOH＋H2O=K＋＋2OH－＋H Si＋2OH－＋4H2O=Si(OH)62－＋2H2 Si(OH)62－＋6(CH3)2CHOH=[Si(OCH3H7)6]2－＋6H2O,湿式蚀刻(wet etching),二氧化硅（SiO2）的蚀刻 SiO2＋4HF＋2NH4F=(NH4)2SiF6＋2H2O 氮化硅（Si3N4）的蚀刻 Si3N4＋4H3PO4＋10H2O=Si3O2(OH)8＋4NH4H2PO4 铝（Al）的蚀刻 2Al＋6HNO3=Al2O3＋3H2O＋6NO2 Al2O3＋2H3PO4=2AlPO4＋3H2O,干式蚀刻(dry etching),利用辉光放电（glow discharge）的方式，产生包含离子、电子等带电粒子，以及具有高度化学活性的中性原子及自由基的电浆来进行图案转印（patern transfer）的蚀刻技术。

可以分为物理性蚀刻和化学性蚀刻 物理性蚀刻是利用辉光放电将气体比如氩（Ar）解离成带正电的离子，再利用偏压将带正电的离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，从而将被蚀刻物质的原子击出 化学性蚀刻又称为电浆蚀刻，是利用电浆将蚀刻气体解离产生带电离子、分子、电子以及反应性很强的原子团，此原子团扩散到被蚀刻薄膜表面，与被蚀刻薄膜表面的原子反应形成具有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离,以蚀刻氧化硅为例，基本化学反应式为： CF4=2F＋CF2 SiO2＋4F=SiF4＋2O SiO2＋2CF4=SiF4＋2CO 加入O2，可吸收碳原子，游离出更多氟原子，加速反应： CF4＋O=COF2＋2F 加入H2，将消耗氟原子，使反应速率减慢： H＋F HF,干式蚀刻(dry etching),11.3 制版工艺中的化学基础,制版就是制备光刻用的掩膜版 光刻版制作常用的是玻璃板涂敷铬技术,超微粒干版制备,乳胶配方各组分物质的组成和作用,超微粒干版是由玻璃基片加乳胶涂敷构成,超微粒干版显影的化学原理,物理显影：显影液自身内部进行化学反应生成银的质点，附着 在潜影上，以潜影为中心堆积而成影像 显影液配方：,甲液：对苯二酚,10g,柠檬酸,6g,水,1000ml,10%,乙液：硝酸银溶液,甲液∶乙液=30ml∶几滴,,化学反应过程：,化学显影：利用显影剂中的还原剂将感光溴化银还原为金属银,超微粒干版显影的化学原理,超微粒干版定影的化学原理,定影:把显影得到的清晰图像固定下来，并把未感光残余的溴化银清除掉,铬版制备,准备工作： 根据光刻版的大小划好铬版，浸入四氯化碳，然后用丙酮棉花擦洗。

在60～80℃下烘30min备用 铬版的复印工艺流程： 采用旋转涂布法涂胶聚乙烯醇肉桂酸酯：5-硝基苊：环己酮=1lg:lg:160ml 涂胶后在60～80℃烘箱内前烘20min 在复印机上进行对准曝光此时原版的药膜面应朝上，而空白版的光刻胶膜面应朝下与其相贴，然后压紧进行曝光 采用甲苯或丁酮显影时间约60s为了减少残渣，可把显影液分装两杯，依次进行显影 显影后用热风吹干，再在200℃下烘20～30min 制作铬版的腐蚀液一般要求透明易于观察，速度适中，不生成反应沉积物，易去除铬的氧化物，与抗腐剂的性质相适配腐蚀温度为50～60℃，时间约为l～2min腐蚀后用水浸泡数分钟，再用丙酮棉花擦去残胶 铬版复制好以后，为了使它能经久耐用，还需在200～300℃下烘烤数小时进行老化，使铬层和玻璃附着得更牢固氧化铁彩色版制备,制备方法：反应溅射法 化学气相沉积(CVD)法 涂敷法 反应溅射法:用通常的溅射技术，在CO+CO2、Ar+ CO2或Ar + O2气氛中，通过热压制的氧化铁或冷轧钢构成的电极，用射频或直流溅射法制备氧化铁版该法无毒，但铁版质量不如CVD法，国内很少采用,五羰基铁化学气相沉积(CVD)法氧化铁版 聚乙烯二茂铁涂敷法制备氧化铁版,氧化铁彩色版制备,五羰基铁毒性大，吸入人体或浸入皮肤均会引起中毒，在空气中极限剂量不能超过0.08毫克/立方米。

它的蒸气与空气混合易爆炸因此，应将其低温密闭贮存在不透明的容器中贮存和运输过程中远离火源 一旦着火，可用砂、水、二氧化碳灭火，禁止使用四氯化碳灭火，因为五羰基铁遇四氯化碳会反应生成剧毒气体光气（COCl2）聚乙烯二茂铁无毒，对电子束的感光灵敏度更高,。