《薄膜的图形化技术》PPT课件

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1、薄膜材料与纳米技术ThinFilmMaterials&Nanotechnology北京科技大学材料科学学院唐伟忠Tel:62332475E-mail:wztang@mater.ustb.edu.cn课件下载网址：wztang_teaching@sina.com下载密码：123456第八讲薄膜材料的图形化Patterningofthinfilms提要薄膜图形化的光刻技术光刻使用的等离子体刻蚀技术等离子体刻蚀机制未来的纳米光刻技术有时，并不满足于使用简单形态的薄膜，而需要对薄膜进行有目的的加工，形成

2、特定的图形对材料的表层（薄膜）进行显微加工，即它的图形化，需要使用表面刻蚀技术对应于制备薄膜材料的CVD、PVD技术，则有化学的、物理的表面刻蚀方法；在某种意义上，刻蚀过程是薄膜沉积过程的逆过程半导体工业的高速发展是表面刻蚀技术的主要推动力，它应用的是光刻的方法薄膜沉积与其刻蚀技术八层布线的集成电路的断面形貌八层Cu导线(灰色)、其间由硬质碳形成的绝缘层(白色)以及其下所连接的0.13m线宽的CMOS器件。这都需要薄膜制备技术，也需要薄膜的图形化技术CuCCMOS以光刻技术在薄膜表面获得图形若

3、要在Si器件表面制备如图所示的SiO2图形，就需要求助于光刻技术Si光刻所用的掩膜掩膜的示意图掩膜由高度平整的紫外石英玻璃和它上面由电子束刻蚀形成的Cr薄膜图形所组成，前者可以透过紫外线，而后者将对紫外线发生强烈的吸收半导体技术中所采用的光刻技术Si片氧化：形成SiO2层涂敷：涂光刻胶加热：光刻胶预固化掩膜对准暴光溶解：去除部分光刻胶加热：光刻胶固化SiO2层的刻蚀溶解或灰化：去除光刻胶不仅SiO2,其他的材料,如Si,Al,也可由光刻方法进行刻蚀Automaticcoatanddevelopt

4、rack依次可完成清洗、涂胶、暴光、刻蚀等工序光刻过程中的暴光方法暴光可采用接触式、非接触式、以及投影式的形式。在后者的情况下，可对掩膜的图形缩小10倍光刻过程中的暴光——GCA6700STEPPER光刻技术制备的显微防伪标记尺度单位为55m光刻流程中的刻蚀存在两种刻蚀方法：湿法（化学溶剂法）,干法（等离子体法）SiO2层的刻蚀正负性的光刻胶技术光刻胶为对光敏感的由树脂、光敏剂、溶剂组成的有机化合物混合体(如SU8)正性光刻胶在暴光时被分解而易于被溶去而负性光刻胶在暴光时发生交联而不易于

5、被溶去以化学溶剂法实现光刻图形时的情况优点：侵蚀过程有很强的选择性缺点：对SiO2侵蚀为各向同性过程,形成“香槟杯”形剖面。在侵蚀深度为1m时，光刻可获得的最小线宽约为3m，即在侵蚀深度：线宽比增加时，须采取各向异性的刻蚀方法——应用等离子体的各种刻蚀方法等离子体刻蚀当被刻蚀层的厚度与线宽可以比拟时，需采用干法刻蚀由于刻蚀过程必须是一个低温的过程，因而要借助于等离子体的高活性对应于制备薄膜材料的CVD、PVD技术，等离子体刻蚀也将表现出其主要是化学的、或主要是物理的过程在某种意义上，等离子体

6、的刻蚀过程是薄膜沉积过程的逆过程等离子体刻蚀等离子体的刻蚀实际上相当于PECVD的逆过程等离子体刻蚀的监测等离子体刻蚀处理的终点监测可依靠监测等离子体的发射光谱的方法来进行如，在刻蚀光刻胶时，可监测CO在483.5nm的谱线强度的变化，其他材料的刻蚀也有相应的谱线对等离子体刻蚀技术的要求较高的刻蚀选择性，Se较高的刻蚀各向异性，A精确的亚微米尺度的线宽，良好的剖面形貌较快的腐蚀速率等离子体刻蚀的微观过程等离子体刻蚀时，涉及七个微观过程：在等离子体中产生活性基团（离子、化学基团），如：e-+Cl2

7、2Cl+e-活性基团从等离子体扩散、输送到表面活性基团化学吸附到被刻蚀表面活性基团在被刻蚀表面上扩散活性基团与表面原子发生化学反应，生成吸附态的反应产物，如：Cl+SiSiClx反应产物从刻蚀表面脱附反应产物扩散离开刻蚀表面，被真空系统排除出系统比较一下：PECVD时的微观过程在气相中,发生活性基团形成、扩散、反应的过程在衬底表面,发生吸附、扩散、反应以及脱附等一系列过程CVD过程PECVD过程与薄膜沉积时相似，刻蚀过程也可以由数值模拟方法加以研究等离子体刻蚀过程的速率即化学反应速率受温度、

8、浓度、反应激活能等动力学因素所控制如CVD时一样，Si、SiO2被化学基团F所刻蚀的速度也可被描述为等离子体刻蚀过程的选择性一个刻蚀过程的选择性可用参数Se表征即A，B两种物质被刻蚀的速率之比。它可以是指被刻蚀物质相对于掩膜的刻蚀选择性，也可以是指被刻蚀的两种不同物质的刻蚀选择性刻蚀过程要尽量地优化Se；一般的刻蚀过程的选择性多不超过50等离子体刻蚀过程的选择性优化刻蚀过程选择性的方法有：利用形成气态反应产物的化学反应的速率要大于形成非气态产物的反应的特性：用O2与光刻胶发生选择性反