半导体工艺基础解读.ppt

硅栅非自对准CMOS工艺流程 §6.2 光刻胶及其特性 (一)、光刻胶的类型及感光机理 光刻胶是一种对光敏感的高分子化合物，由感光性树脂、增感剂和溶剂组成，主要成份是感光性树脂。经过光照，感光性树脂会发生分解或交联等光化学反应，使涂敷在硅片表面的感光胶膜改变性质。按光化学反应的不同，可分为两类：正性光刻胶和负性光刻胶。 1、负性光刻胶（负胶） 原始光刻胶膜可被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射后发生聚合或交联反应，聚合为不可溶物质；显影后，硅片表面的光刻胶图形与掩膜版相反。其成分主要为感光性树脂，其次包括溶剂和增感剂。以感光性树脂的种类来分类： （1）聚乙烯醇肉桂酸脂类 其感光交联过程主要为： （a）增感剂吸收光能；（b）被激发的增感剂分子和感光性树脂的肉桂酰官能团之间的能量转移；（c）肉桂酰官能团的光化学反应。 （2）聚烃类-双叠氮系光刻胶 双叠氮交联剂的感光波长范围为260~460nm，已适用于高压汞灯等光源。但添加适宜的增感剂，感光度也有所提高。 若曝光气氛中存在氧，将导致灵敏度下降，因此，必须在氮气或真空条件下曝光操作。 2、正性光刻胶（正胶） 原始光刻胶膜不能被某些溶剂溶解；受适当波长的光照射后，发生光分解反应，分解为可溶性物质；显影后，硅片表面的光刻胶图形与掩膜版相同；未经感光的光刻胶仍然保持它在紫外光照射下发生光分解反应的活性，因此此类光刻胶在光刻工艺中能够多次曝光。 主要成分为邻叠氮醌类化合物。其感光范围为300~400nm，可用一般紫外光源曝光。因光分解产物含有亲水性的羧基，故此种光刻胶曝光后可用稀碱性水溶液显影。 3、新型光刻胶（仍然分正、负胶） （1）远紫外光光刻胶 远紫外光曝光的能量约为普通紫外光的二倍。主要有： （a）聚甲基丙烯酸甲脂类正性胶 PMMA； （b）聚砜系正性胶 PBS； （c）带有酮基的化合物 PMIPK。 （2）软X射线光刻胶 以波长在（0.4 ~ 5nm）范围内的软X射线为光源，主要有： PMMA 正性胶。 （3）电子束光刻胶 以波长更短、能量更高的电子束作光源。主要有： （a）环氧系负性胶，如 PGMA、COP、EPB 等； （b）硅酮树脂系负性胶，如硅油、硅橡胶； （c）甲基丙烯酸及其衍生物，如 PMMA 正性胶； （d）聚砜系正性胶，PBS、PCS等。 （4）离子束光刻胶 以波长更短的离子束作光源。由于离子束是直线传播，在抗蚀剂膜内几乎无扩展现象，因而分辨率高，重现精度好。主要有： PMMA、PDMS 等。 (二)、光刻胶的性能 衡量光刻胶性能的指标主要有：分辨率、灵敏度、抗蚀性、粘附能力和针孔密度等。 1、分辨率 （1）概念 分辨率是表征光刻精度的标志之一，不仅与光刻胶本身有关，也与光刻工艺条件和操作技术有关。分辨率通常以每毫米最多可容纳的线条对数来表示（线宽+线条间距），若线宽和线条间距均为 L ，则分辨率 R 为： 线条越细，分辨率 R 越高。衍射现象将限制分辨率 R 。 （2）理论分析 光的波动性所导致的衍射效应限制了最小线宽不小于 值，因此最高分辨率为： 因任何粒子束均具有波动性，其动能和动量分别为： 动能： 动量： 因此有： 于是得到用粒子束光刻可获得的最小线宽为： 结论：（a）粒子能量 E 一定时