光刻胶
光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。
基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。
光聚合型
采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。
光分解型
采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。
光交联型
采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料,在光的作用下,其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。
光刻胶特性
- 灵敏度 Sensitivity
光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米或mJ/cm2。通常负胶的灵敏度高于正胶 - 分辨率 resolution
区别硅片表面相邻图形特征的能力,一般用关键尺寸（CD，Critical Dimension）来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。
影响分辨率的因素有：光源、曝光方式和光刻胶（灵敏度、对比度、颗粒大小、显影时的溶胀、电子散射等。）通常正胶的分辨率高于负胶 - 对比度 Contrast
光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。（表示光刻胶区分掩膜上亮区和暗区能力的大小）通常正胶的对比度要高于负胶（对比度与光刻胶厚度有关，减薄胶厚度有利于提高对比度和分辨率）
总的来说，负胶成本低黏结能力好抗刻蚀能力强，正胶分辨率对比度更高抗干法腐蚀能力强，抗热处理能力强，可用水溶液显影溶涨现象小，有较好的台阶覆盖性。
正胶和负胶特点.PNG
此外还有一种光刻胶为反转胶。通过两次光照，用负胶版得到正胶版的图形，解决正胶版难对准问题，价格太贵。
光刻步骤
光刻前清洗：RCA清洗，热处理干燥（预烘）
光刻步骤.PNG
（1）气相成底膜
HDMS：影响硅片表面形成输水表面，增强硅片与胶的结合力
方法：旋转涂底 蒸汽法
（2）涂胶
方法：静态 动态
光刻胶的种类（粘度）旋转速度影响光刻胶的厚度
（3）前烘（软烘）
热板软烘温度80-90度，1min
作用：挥发光刻胶中的溶剂；增强光刻胶的粘附性；缓和涂胶中膜内产生的应力；
边缘堆积胶处理：用溶剂去边光刻胶；激光曝光边缘，在显影液中溶解。
（4）对准和曝光
对准：预对准，通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准；通过对准标志对准。
曝光：重要参数曝光能量和焦距
曝光方法：接触式曝光；接近式曝光；投影式曝光
接触式曝光
接触式曝光是将掩膜与待加工基片的光胶层直接接触进行的曝光。掩膜和基片通过机械装置压紧或通过真空吸住等方法实现两者紧密接触。
优点：设备简单、造价便宜、分辨率较高，约1-2µm。由于掩膜与光胶层紧密接触，所以相差小，分辨率高。
缺点：由于掩膜与基片紧密接触，容易损坏掩膜与光胶层。
接近式曝光
接近式曝光是指掩膜和基片上的光胶层不直接接触实现图形复印曝光的方法。
优点:克服接触式曝光容易损坏掩膜和基片的缺点。
缺点：由于光的衍射效应会使图形的分辨率下降。
投影式曝光
投影式曝光是指掩膜与基片并不直接接触，而是以类似投影仪的投影方式来进行图形的转移。
优点：曝光均匀，没有色差、象差，可进行缩小投影曝光，因此掩膜的尺寸可比基片大很多倍，掩膜中的图形线条可做得较粗。
缺点：装置价格昂贵。
几种曝光方式对比.png
光源.png
e线——546nm h线——406nm
（5）曝光后烘焙（中烘）
热板 90-120度 60-90秒
降低驻波效应影响
（6）显影
正胶：TMAH，显影后用DI水冲洗
负胶：二甲苯，用有机溶剂冲洗（如乙醇），不能用水冲洗
显影温度（15-25度） 显影时间（少于一分钟）
方式：浸没式、连续喷雾式、旋覆浸没式
（7）坚膜烘焙
正胶：110-130度 负胶：130-150度 60-90秒（热板），温度高于软烘温度
调高粘附性，减少驻波效应
（8）显影检查
光学显微镜检查光刻对准精度，关键线宽等。
（9）刻蚀
湿法刻蚀（用于特征尺寸大于3um产品）
SI 含氧的物质与HF混合 碱溶液
SIO2（热氧） HF与水或BOE
AL 磷酸
SIO2（沉积） 氟化铵和醋酸1：2混合
SI3N4 热磷酸（180度）
干法刻蚀
离子束刻蚀IBE
IBE刻蚀.PNG
反应离子刻蚀（RIE）
RIE刻蚀.PNG
DRIE掩膜.PNG
金属腐蚀液.PNG
（10）去胶
湿法去胶：去胶剂 正胶可用丙酮或去胶剂或三号液 负胶需要用专用去胶剂
干法去胶：氧等离子刻蚀
光刻——剥离
为了便于剥离，光刻胶侧壁最好实现类似于八字形下宽上窄结构。
负胶由于其本身的特性，自然会形成八字形截面。为了提高分辨率，可采用反转胶。
正胶需要处理得到八字形截面，常用方法有：在显影前，将硅片放在氯苯或甲苯中浸泡5-15分钟，强化上层光刻胶；在涂胶前先在底层涂上一层对紫外不光敏，又可被碱性溶液腐蚀的聚合物（如LOL2000）。
常见光刻胶：
常见光刻胶.PNG
AZ光刻胶工艺条件：
前烘：100℃ 90秒 (DHP)
曝光：G线步进式曝光机/接触式曝光机
显影：AZ300MIF显影液 (2.38%) 23℃ 60~300秒 Puddle
清洗：去离子水30秒
后烘：120℃ 60秒以上
总结：
首先根据需求的分辨率、光刻胶厚度等要求选择合适的光刻胶及曝光方式。根据光刻胶参数确定工艺条件。显影后检查，有问题返工，无问题后刻蚀（离子注入），最后去胶。
网友评论