半导体工艺之十步图案化(二)

文摘   2024-07-11 21:46   北京  

这里描述的十步基本图案化过程是使用光罩或掩膜在对准和曝光步骤中。这种转移分为两个步骤。首先,光罩或掩膜上的图案被转移到光刻胶层中(见下图所示)。光刻胶是一种光敏材料,类似于老式照相胶片上的涂层。曝光于光源会导致其结构和性质发生变化。在下图所示的例子中,暴露在光下的光刻胶区域从可溶状态变为不可溶状态。这种类型的抗蚀剂被称为负性作用,化学变化称为聚合。用化学溶剂(显影剂)去除可溶部分后,在抗蚀剂层中留下一个与掩膜或光罩上的不透明图案相对应的孔。

第二个转移发生在光刻胶层到晶圆表面层(见下图所示)。当蚀刻剂移除那些未被光刻胶覆盖的晶圆顶层部分时,转移就发生了。光刻胶的化学性质是这样的,它们在化学蚀刻溶液中不溶解(或溶解得非常慢),也就是说,它们是抗蚀的,因此得名抗蚀剂或光刻胶。

在下图所示的例子中,结果是在晶圆层中蚀刻出一个孔。这个孔的形成是因为掩膜上的图案对曝光光是不透明的。如果掩膜上的图案存在于不透明区域,则称为明场掩膜(见下图所示)。图案也可以以相反的方式编码在掩膜中,即暗场掩膜。如果按照相同的步骤进行,过程的结果将是晶圆表面上留下一个材料岛(见下图所示)。

刚刚描述的光刻胶对光的反应是负性光刻胶的特性。也有正性光刻胶。在这些光刻胶中,光将化学结构从相对不溶状态变为更易溶状态。这种变化的术语是光溶解。下图显示了当使用正性光刻胶和明场掩膜时,产生一个岛。

下图所示显示了来自掩膜和光刻胶极性不同组合的结果。掩膜和光刻胶极性的选择是尺寸控制和缺陷保护水平的函数,以使电路正常工作。这些问题在本章的其余部分进行了讨论。

十步过程将图像从光罩或掩膜转移到晶圆表面层是一个多步骤的过程(见下图所示)。特征尺寸、对准公差、晶圆表面和掩膜层号都影响特定掩膜过程的难度和步骤。许多光过程都是针对特定条件和结果定制的。然而,大多数都是基本十步过程的变体或选项。这里说明的过程是使用明场掩膜和负性光刻胶。

第一次图像转移发生在步骤1到7中。在步骤8、9和10中,图像被转移到(第二次图像转移)晶圆表面层。读者被挑战列出步骤,并使用暗场掩膜和正性光刻胶的组合绘制相应的横截面。强烈建议读者在继续更高级的光刻过程之前掌握这个十步过程。


基本光刻胶化学 光刻胶在印刷工业中已经使用了超过一个世纪。在20世纪20年代,它们在印刷电路板行业中得到了广泛应用。半导体工业在20世纪50年代将这项技术适应于晶圆制造。由Eastman Kodak和Shipley公司分别在20世纪50年代末引入了为半导体使用而设计的负性和正性光刻胶。

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