光刻工藝論文(已修改)
2024-11-07 18:45 本頁(yè)面
【正文】 摘要：在平面晶體管和集成電路生產(chǎn)中，要進(jìn)行多次的光刻，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬膜布線的目的。光刻工藝是利用光刻膠的感光性和耐蝕性，在 SIO2 或金屬膜上復(fù)印并刻蝕出與掩模版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形 .由于光刻工藝是一種非常精細(xì)的表面加工技術(shù) ,在平面器件和集成電路生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用 .如果把硅片的外延、氧化、擴(kuò)散和淀積看成是器件結(jié)構(gòu)的縱向控制的話 ,那么，器件的橫向控制就幾乎全部有光刻來(lái)實(shí)現(xiàn) .因此 ,光刻的精度和質(zhì)量將直接影響器件的性能指標(biāo) ,同時(shí)也是影響器件的成品率和可靠性的重要因素 . 目前生產(chǎn)上通常采用的紫外光接觸暴 光法光刻工藝的一般過(guò)程 。列出幾種常用的光刻腐蝕劑配方 。最后對(duì)光刻工藝中較常見的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析和討論 . 167。1 光刻膠的特性和配置 光致抗蝕劑是一種主要由碳、氫等元素組成的高分子化合物，其分子結(jié)構(gòu)有線型和體型兩種。線型高分子化合物，其長(zhǎng)鏈之間的結(jié)合力主要是靠化學(xué)鍵。由于分子間作用力比化學(xué)鍵的結(jié)合要弱的多，所以線型高分子化合物一般是可溶性的，而體型高分子化合物往往是難溶性的。 如果在高分子化合物內(nèi)部存在 不穩(wěn)定的雙鍵等可變因素的話，則在外界光或熱的作用下，高分子化合物的分子結(jié)構(gòu)就可能會(huì)在線型和體型之間發(fā)生變化。分子結(jié)構(gòu)的變化，必然會(huì)引起高分子化合物的機(jī)械和物理性質(zhì)的相應(yīng)變化。例如，由可溶性變?yōu)椴豢扇苄曰蛘呦喾?。光刻工藝就是利用光致抗蝕劑有這樣內(nèi)在的可變因素，在一定條件下使部分高分子化合物由可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇苄?，或由不可溶性轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄裕瑢⒀谀Ｉ系膱D形復(fù)印在光刻膠膜上。然后利用光刻膠膜對(duì)腐蝕液的抗蝕性，在硅片表面選擇性地刻蝕 SIO2 或金屬膜，實(shí)現(xiàn)定域擴(kuò)散及金屬膜布線的目的。 類 根據(jù)光致抗蝕劑在曝光前后溶解性的變化，可以分為正性光刻膠和負(fù)性光刻膠兩種。 （ 1） 負(fù)性光致抗蝕劑 曝光前光致抗蝕劑在有機(jī)溶劑中是可溶解的，曝光后成為不可溶的物質(zhì)，這類抗蝕劑稱為負(fù)性光致抗蝕劑，由此組成的光刻膠稱為負(fù)性膠。目前，主要的負(fù)性光致抗蝕劑有聚肉桂酸酯類，聚酯類和環(huán)化橡膠類等。 ① 聚肉桂酸脂類 聚肉桂酸脂類抗蝕劑的特點(diǎn)是在樹脂分子的側(cè)鏈上帶有肉桂酰感光性官能團(tuán)。典型的聚肉桂酸脂類抗蝕劑有聚乙烯醇脂（又稱 KPR），他是一種淺黃色的纖維狀固體，能溶解于丙酮 ，丁酮，環(huán)已酮等有機(jī)溶劑中。 在紫外光的作用下，肉桂酰官能團(tuán)發(fā)生二聚反應(yīng)，引起聚合物分子間的交聯(lián)，形成不溶于顯影液的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。光刻膠中加入適量的 5硝基苊，不僅擴(kuò)大了感光波長(zhǎng)范圍，而且提高了光刻膠的感光靈敏度，縮短了暴光時(shí)間。聚乙烯醇肉桂酸脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)后生成的立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)不再溶于有機(jī)溶劑，干燥后又能耐酸的腐蝕，光刻腐蝕后可以通過(guò)多種途徑去除干凈，因此在光刻技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。 ② 聚脂類 聚脂類光致抗蝕劑的特點(diǎn)，是在樹脂分子的側(cè)鏈上含有共軛雙鍵的感光性官能團(tuán)，具有較強(qiáng)的感 光靈敏度；在感光性樹脂分子的主鏈上含有極性基團(tuán)，因而對(duì)一些襯底材料，如 SIO2 和 AL，有較好的粘附性。聚酯類光刻膠也可用 5硝基苊作增感劑以縮短暴光時(shí)間。聚酯膠與聚乙烯醇肉桂酸酯比較，前者粘附性好，分辨率高，適合于刻蝕細(xì)線條。 ③ 環(huán)化橡膠類 環(huán)化橡膠類抗蝕劑的特點(diǎn)是，其交聯(lián)反應(yīng)由帶有雙感光性官能團(tuán)的交聯(lián)劑，在暴光后產(chǎn)生雙自由基，和附近的環(huán)化橡膠分子相互作用，在聚合物分子鏈之間形成橋鍵，從而變成三維結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)。 由于這類抗蝕劑和襯底材料有較強(qiáng)的粘附性，抗蝕能力也很強(qiáng)，特別適合于金 屬材料的刻蝕。但由于氧會(huì)使交聯(lián)劑的光化學(xué)分解反應(yīng)停留在中間階段，即停留在生成 N— R— N3 的階段而阻礙了交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，因此暴光要在充氮或真空條件下進(jìn)行。 ⑵ 正性光致抗蝕劑 暴光前對(duì)某些溶劑是不可溶的，而暴光后卻變成了可溶性的抗蝕劑稱為正性光致抗蝕劑。暴光后，可用稀堿性水溶液進(jìn)行顯影。這時(shí)光照部分由于生成羧酸鹽而溶解，而未受光照部分難溶，因而顯出與掩膜版相同的正圖象。 正性抗蝕劑的抗堿性差而耐酸性好，所以常用 ～ 3％ Na3PO4 水溶液進(jìn)行顯影 ,為了避免鈉離子對(duì)器件的不良影響 ,也可 用有機(jī)堿性水溶液進(jìn)行顯影 ,如氫氧化四烷基銨水溶液等 .由于堿性顯影液會(huì)受空氣中 CO2 的影響而變質(zhì) ,因此顯影速率會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化 .但正性光刻膠分辨率高 ,邊緣整齊 ,反刻時(shí)易于套刻 ,是一種重要的抗蝕劑 . ⒊ 對(duì)光致抗蝕劑性能的要求 ⑴ 分辨率高 分辨率是指某種光刻膠光刻時(shí)所能得到的最小尺寸 .它通常用 1mm 的寬度
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