《篇第八章光刻胶》PPT课件

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1、微电子工艺原理与技术李金华第八章光刻胶第三篇单项工艺2主要内容光刻胶的类型；2.DQN正胶的典型反应；3.对比度曲线；4.临界调制函数5.光刻胶的涂敷和显影；6.二级曝光效应；先进光刻胶和光刻工艺。1.光刻胶的类型光学曝光过程中，为了将掩模上的图形转移到圆片上，辐照必须作用在光敏物质上，该光敏物质必须通过光照，改变材料性质，使在完成光刻工艺后，达到转移图形的目的。该光敏物质称为光刻胶。酚醛树脂基化合物是IC制造中最常用的光刻胶的主要成分。胶中通常有三种成分，即树脂或基体材料、感光化合物（PAC）、溶剂。PAC是抑制剂，感光前，抑制光刻胶在显影液中的溶解。

2、感光后，起化学反应，增加了胶的溶解速度。光刻胶分正胶和负胶。正胶：曝光区在显影后溶化，非曝光区留下。负胶：曝光区在显影后留下，非曝光区在显影液中溶解。光刻胶的两个基本性能为灵敏度和分辨率。灵敏度是指发生上述化学变化所需的光能量（J/cm2）。灵敏度越高，曝光过程越快，所需曝光时间越短。分辨率是指排除光刻设备影响，能在光刻胶上再现的最小特征尺寸。正胶和负胶光刻胶是长链聚合物，正胶在感光时，曝光对聚合物起断链作用，使长链变短，使聚合物更容易在显影液中溶解。负胶在曝光后，使聚合物发生交联，在显影液中溶解变慢。苯芳香族环烃苯环：六个排列成平面六角的C原子组成，每

3、个C原子分别与一个H原子结合。甲苯氯苯萘苯环聚乙烯支链聚合物交联2.DQN正胶的典型反应目前，常用的正胶DQN是由感光剂DQ和基体材料N组成。它适合于436nm的g线和365nm的i线曝光，不能用于极短波长的曝光。基体材料N是酚醛树脂，它是一种聚合物，单体是一个带有两个甲基和一个OH的芳香环烃组成。酚醛树脂易于溶解在含水溶液中。正胶的溶剂通常是芳香烃化合物的组合，如二甲苯和各种醋酸盐。正胶的感光剂（PAC）是重氮醌（DQ）。它作为抑制剂，以十倍或更大的倍数降低光刻胶在显影液中的溶解速度。曝光后，UV光子使氮分子脱离碳环，留下一个高活性的碳位。为使结构稳定

4、，环内的一个碳原子将移到环外，氧原子将与它形成共价键，实现重组，成为乙烯酮。在有水的情况下，环与外部碳原子间的双化学键被一个单键和一个OH基替代，最终形成羟酸。羟酸易于溶解在显影液中，直到曝过光的正胶全部去除，而未曝光的正胶则全部保留。正胶的感光剂、基体结构正胶的基体材料：偏甲氧基酚醛树脂正胶的感光剂：重氮醌（DQ）正胶的感光反应负胶的成分和感光反应负胶为包含聚乙烯肉桂衍生物或环化橡胶衍生物双键的聚合物。典型的负胶是叠氮感光胶，如环化聚异戊二烯。在负胶曝光时，产生大量的交联聚合，成为互相连接的大树脂分子，很难在显影液中溶解。从而负胶的曝光部分在显影后保留

5、。而未曝光部分则在显影时去除。正胶与负胶的性能比较：显影液不易进入正胶的未曝光部分，正胶光刻后线条不变形。显影液会使负胶膨胀，线条变宽。虽然烘烤后能收缩，但易变形。所以负胶不适合2.0微米以下工艺使用。正胶是ULSI的主要光刻胶。正胶的针孔密度低，但对衬低的粘附差，通常用HMDS作增粘处理。负胶对衬底粘附好，针孔密度较高。3.正胶耐化学腐蚀，是良好的掩蔽薄膜。两种光刻胶的性能显影液：正胶：典型的正胶显影液为碱性水溶液，如：25%的四甲基氢氧化氨[TWAH--NH4（OH）4]水溶液。负胶：典型的负胶显影液为二甲苯。正胶和负胶的工艺温度：正胶前烘：90°C

6、，20分；坚膜：130°C，30分。负胶前烘：85°C，10分；坚膜：140°C，30分；过高的前烘温度，将会使光刻胶的光敏剂失效。两种光刻胶的性能3.对比度曲线用对比度来描述光刻胶的曝光性能，即区分掩模上亮区和暗区能力的衡量标准。用D0表示光刻胶开始光化学反应的曝光能量，D100表示所有光刻胶完全去除需要的最低曝光量。对比度定义为：对比度越大，光刻后的线条边缘越陡。典型的光刻胶的对比度在2-4。意味着D100比D0大101/3-101/2倍.其实，对一定的光刻胶，对比度曲线并不固定，它随显影过程、前烘条件、曝光波长、圆片表面的反射率等情况改变。光刻工艺

7、的任务就是调节工艺条件，使一定的光刻胶具有最大的、最稳定的对比度。理想的对比度曲线DQN正胶的实测对比度曲线1、2、3s曝光后的剖面分布简单的区域图象光刻胶的吸收在低曝光剂量，光刻胶的剖面分布主要决定于对比度曲线的低曝光区和过渡区。当曝光剂量大于150J/cm2时，光刻胶的剖面主要取决于光学图象及光在胶中的吸收，且剖面分布十分陡峭，图象清晰，但代价是曝光时间长、产量低。一般选择在中高曝光量区域光刻。光在胶中的吸收服从指数规律：为吸收系数，z为深度，D0与胶的厚度无关，D100反比与吸收率A。TR是胶的厚度吸收率A定义为：可以证明，对比度为无量纲常数可

8、见，对比度随胶的厚度增加而降低。所以为了获得高的对比度，必须适当降低光刻胶的厚度