广州半导体材料刻蚀 广东省科学院半导体研究所供应

基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程：掩模（mask）制备、图形形成及转移（涂胶、曝光、显影）、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜（抗蚀胶），曝光系统把掩模板的图形投射在（抗蚀胶）薄膜上，光（光子）的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用，形成微细图形的潜像，再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口，后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。通过重复进行Si蚀刻、聚合物沉积、底面聚合物去除，可以进行纵向的深度蚀刻，侧壁的凹凸因形似扇贝。广州半导体材料刻蚀

铝（Aluminium）是一种银白色轻金属，密度为2.70g/cm3。熔点660℃。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。在常温下能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝的湿法刻蚀溶液主要是磷酸、硝酸、醋酸以及水的混合溶液，其中，磷酸为主腐蚀液，硝酸为氧化剂、催化剂，醋酸作缓冲剂、活性剂，改善表面压力；腐蚀液温度越高，腐蚀速率越快。光刻工艺使用的光源为紫外全谱，之后慢慢发展到使用G线和I线紫外光作为光源。在G线和I线光刻工艺中，光刻胶的基体材料主要为酚醛树脂，其由对甲酚、间甲酚与甲醛缩合得到，采用的感光化合物为重氮萘醌化合物。其曝光显影机理主要为：（1）在未曝光区，重氮萘醌与光刻胶基体酚醛树脂会形成分子间氢键、静电相互作用等，从而起到抑制溶解的作用；（2）在曝光区，重氮萘醌在光照条件下分解生成羧酸，进而易与碱性的TMAH显影液发反应，起到促进光刻胶溶解的作用。TMAH溶液相较于氢氧化钾水溶液等碱性溶液，其不含金属离子，在先进制程中可以减小因金属离子带来的缺陷问题。广州半导体材料刻蚀TMAH稀溶液在光刻中普遍用于光刻胶的显影。

在光刻胶技术数据表中，会给出一些参考的曝光剂量值，通常，这里所写的值是用单色i-线或者BB-UV曝光。正胶和负胶的光反应通常是一个单光子过程与时间没太大关系。因此，在原则上需要多长时间(从脉冲激光的飞秒到接触光刻的秒到激光干涉光刻的小时)并不重要，作为强度和时间的产物，作用在在光刻胶上的剂量是光强与曝光时间的产物。在增加光强和光刻胶厚度较大的时候，必须考虑曝光过程中产生的热量和气体（如正胶和图形反转胶中的N2排放）从光刻胶膜中排出时间因为热量和气体会导致光刻胶膜产生热和机械损伤。衬底的反射率对光刻胶膜实际吸收的曝光强度有影响，特别是对于薄的光学光刻胶膜。玻璃晶圆的短波光强反射约10%，硅晶片反射约30%，金属薄膜的反射系数可超过90%。哪一种曝光剂量是“比较好”也取决于光刻工艺的要求。有时候稍微欠曝光可以减小这种衬底反射带来的负面影响。在厚胶情况下，足够的曝光剂量是后续合理的较短显影时间的保障。

在反转工艺下，通过适当的工艺参数，可以获得底切的侧壁形态。这种方法的主要应用领域是剥离过程，在剥离过程中，底切的形态可以防止沉积的材料在光刻胶边缘和侧壁上形成连续薄膜，有助于获得干净的剥离光刻胶结构。在图像反转烘烤步骤中，光刻胶的热稳定性和化学稳定性可以得到部分改善。因此，光刻胶在后续的工艺中如湿法、干法蚀刻以及电镀中都体现出一定的优势。然而，这些优点通常被比较麻烦的图像反转处理工艺的缺点所掩盖。如额外增加的处理步骤很难或几乎不可能获得垂直的光刻胶侧壁结构。因此，图形反转胶更多的是被应用于光刻胶剥离应用中。与正胶相比，图形反转工艺需要反转烘烤和泛曝光步骤，这两个步骤使得曝光的区域在显影液中不能溶解，并且使曝光中尚未曝光的区域能够被曝光。没有这两个步骤，图形反转胶表现为具有与普通正胶相同侧壁的侧壁结构，只有在图形反转工艺下才能获得底切侧壁结构的光刻胶轮廓形态。曝光后烘烤是化学放大胶工艺中关键，也是反应机理复杂的一道工序。

光刻机经历了5代产品发展，每次改进和创新都明显提升了光刻机所能实现的工艺节点。为接触式光刻机。曝光方式为掩模版与半导体基片之间靠控制真空度实现紧密接触，使用光源分别为g线和i线。接触式光刻机由于掩模与光刻胶直接接触，所以易受污染，掩模版和基片容易受到损伤，掩模版寿命短。第二代为接近式光刻机。曝光方式为掩模版与半导体基片之间有微米级别的间隙，掩模版不容易受到损伤，掩模版寿命长，但掩模版与基片之间的间隙也导致成像质量受到影响，分辨率下降。自适应光刻技术可根据不同需求调整参数。广州低线宽光刻

氧等离子普遍用于光刻胶去除。广州半导体材料刻蚀

通过光刻技术制作出的微纳结构需进一步通过刻蚀或者镀膜，才可获得所需的结构或元件。刻蚀技术，是按照掩模图形对衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术，可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀较普遍、也是成本较低的刻蚀方法，大部份的湿刻蚀液均是各向同性的，换言之，对刻蚀接触点之任何方向腐蚀速度并无明显差异。而干刻蚀采用的气体，或轰击质量颇巨，或化学活性极高，均能达成刻蚀的目的。其较重要的优点是能兼顾边缘侧向侵蚀现象极微与高刻蚀率两种优点。干法刻蚀能够满足亚微米/纳米线宽制程技术的要求，且在微纳加工技术中被大量使用。广州半导体材料刻蚀