第七章光刻工艺B

微电子加工工艺

光刻工艺

■ 概述 ■ 掩膜版 ■ 光刻机 ■ 光刻胶

■ 典型的光刻工艺流程

参考资料：

《微电子制造科学原理与工程技术》第7、8章 （电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）

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四、光刻胶

由光敏化合物（PAC)、基体树脂和有机溶剂 1、光刻胶的组成： 等混合而成的胶状液体。都是碳基有机化合物

(1)当受到特定波长光线的作用后 ，光刻胶会发生化学反应，使 光刻胶在某些特定溶液（显影 液）中的溶解特性发生改变。

(2) 正性胶和负性胶。

a. 曝光前对显影液不可溶 而曝光后变成可溶的。

能得到与掩膜版遮光图

案相同的图形。 b. 负胶反之。

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2、正性光刻胶

■ 特点：正胶中的长链聚合物曝光后分解而变得可溶。

■ 优点：分辨率高，边缘整齐，陡直度好；

■ 缺点：粘附性和耐腐蚀性较差，成本高。

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1） 常用正胶： a. 邻迭氮萘醌 ( PAC ) DQ

感光机理：紫外照射后分解放出氮气，同时分子结构重

排，产生环的收缩，形成五环烯酮化合物，经水解生成 羧酸衍生物，在碱性水溶液中生成可溶性羧酸盐而溶

解，从而显出图形。

Wolff重组 五环烯酮化合物 羧酸衍生物

羧酸盐

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b. g line和i line: DQN正胶：酚醛树脂(N), 重氮萘醌(DQ)。 偏甲氧酚醛树脂是水溶性的，能溶于碱溶液和许多溶剂。 树脂:PAC≈1:1→ 光刻胶在碱溶液中几乎不溶解。PAC起

溶解抑止剂作用。

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PAC在紫外光作用下由油溶性光敏剂转变成在碱溶液中溶解

的水溶性物质(羧酸）。

曝光后，曝光部分的树脂在碱溶液中溶解度大增，导致硅片

上产生光刻图形。

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2）深紫外248nm KrF光刻胶 a. g-line和i-line光刻胶存在的问题: I) DQN在300nm以上是透明的，DUV波段吸收强烈。

II) 单光子过程：在曝光时吸收一个光子最多发生一次

分解反应。 b. 深紫外光刻胶 I) 化学放大光刻胶（CAR）：由光敏产酸物(ＰＡＧ)、 酸敏树脂和溶剂等组成。 II)化学放大过程：一个光子触发许多化学反应，灵敏 度大增。

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c. （CAR）基本工作原理： I II 在曝光时光敏产酸物质(ＰＡＧ)分解出超强酸分子； 曝光后烘烤提供反应和扩散能量，催化酸敏树脂侧链上的 不溶物分解，同时再产生酸分子。 III 催化剂在反应中可以循环使用,酸催化反应数量远大于光化 反应的数量。 正 型 中 的 基 本 反 应

CAR

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d. CAR的特点

I) 化学反应为催化反应，酸分子在每步化学反应后重新产 生，从而可参与上百次的反应。酸催化反应数量远大于光 化学反应的数量。 II) CAR的总量子效率＝光-PAG反应效率×后续催化反应数量 ——CAR的量子效率远远大于1，使得CAR的敏感度远大于 DQN胶

e. 存在的问题

I) 曝光与酸催化反应之间存在时间延迟——造

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