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芯片底層技術光刻膠

生活 更新时间:2025-05-11 10:34:06

【雙層膠工藝簡介】

雙層膠(結構)工藝,利用雙層膠(結構)來實現曝光圖形剖面結構控制或者實現特殊結構制備的一種工藝。

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雙層膠工藝的主要應用在于,溶脫剝離(lift-off)工藝需要:底切(under-cut)剖面的光刻膠結構;T形栅極(雙層/三層);高分辨率與高深寬比圖形的加工;絕緣襯底曝光;實現負性剝離等。在雙層膠制備工藝中有一點需要注意的是,避免兩種膠在塗膠過程中的相互混合:塗覆底層膠後,先要進行烘烤,待底層膠層完全固化後再旋塗頂層膠層。

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【實現剝離工藝中微結構控制的關鍵因素】

光刻膠的剖面結構大緻有三種類型,分别是底切、頂切以及陡直,而在反轉工藝下,通過适當的工藝參數,可以獲得底切的側壁形态。這種方法的主要應用領域是剝離過程,在剝離過程中,底切的形态可以防止沉積的材料在光刻膠邊緣和側壁上形成連續薄膜,有助于獲得幹淨的剝離光刻膠結構。

剝離工藝的主要影響因素包括光刻膠形貌、光刻膠厚度以及待剝離材料的工藝等。其中光刻膠的形貌和厚度直接影響最終的剝離效果。例如顯影後的光刻膠沒有足夠高的台階,待剝離的材料在光刻膠側壁也會存在,導緻剝離困難,無法得到預想的圖案。利用多層光刻膠剝離的方法可以改進以上問題。它通常采用雙層光刻膠結構,而形成圖形的關鍵主要在頂層,這是因為它确定剝離區域金屬圖形尺寸的大小,而底層提供了該掩膜層和金屬層之間的厚度差,其厚度可以消除金屬台階覆蓋,避免剝離失敗。

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【利用紫外曝光進行雙層膠工藝加工】

紫外曝光:光刻膠頂部吸收能量最大,光刻膠底部吸收能量最小,一般形成頂切光刻膠剖面結構(比如正性光刻膠)。紫外光刻膠較厚,金屬膜較薄,且圖形尺度較大,一般的剝離可以實現。而對于尺度較小或金屬膜較厚的情況,剝離較困難。建議采用S1813/LOR雙層光刻膠工藝實現有效的剝離。

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利用S1813/LOR雙層光刻膠進行工藝條件的摸索,發現圖形的尺寸、底切的長度随着LOR的厚度、顯影時間發生變化。

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LOR:厚度為120 nm,前烘 170 ℃ (熱闆) 60 s ;S1813: 厚度為1.3 um

pre-baked 115 ℃ (熱闆) 60 s

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【利用電子束曝光進行雙層膠工藝加工】

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對于正性光刻膠的光刻而言,前散射的存在,易形成底切剖面,電壓越低越明顯。對于一般微結構的剝離的情況下,不需要雙層膠,對于特殊的需要大的底切剖面的工藝,則需要采用雙層膠工藝。

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PMMA/LOR雙層膠工藝

【絕緣襯底上進行雙層膠工藝加工】

最常用的解決絕緣襯底上電子束曝光的方法是,在抗蝕劑或襯底的表面濺射或蒸發一薄層導電的金屬(如Au、Au -Pd合金、Ni-Cr合金、Cr、Al、Cu等),這是較為常用的制作金屬層的方式。而另外一層是制作電子束抗蝕劑,通常是利用一些水溶性的導電聚合物,日本Showa Denka:ESPACER系列導電聚合物,PMMA,ZEP等;德國Allresist公司:SX AR-PC 5000/90.1,專門用于PMMA抗蝕劑。

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利用PMMA/Al的雙層工藝可以再一些絕緣襯底上制備一些納米結構,據相關的文獻報道,利用PMMA/Al的雙層工藝,金屬生長方式不受限制、利用導電的鋁膜解決了電子束曝光中的電荷積聚問題、通過控制顯影條件,形成有利于剝離的Undercut結構。Al 膜的溶解速率及Under-Cut長度與CD26濃度、溫度、溶解時間及開口寬度具有重大的關系。另外相關文獻報道中顯示,利用

利用PMMA/Al工藝在絕緣襯底上實現的各種尺寸與形狀的人工周期結構,最小線寬可以實現20nm。

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【利用圖形反轉膠嘗試雙層微結構工藝】

筆者發現反轉膠例如AZ5214在比較極限的尺寸也可以制備出雙層的微結構,在低光劑量的情況下,襯底附近的光刻膠接收到的光比光刻膠表面少得多,在随後的顯影過程中保持較高的可溶性,導緻光刻膠的輪廓呈現出更明顯的底切。如果曝光劑量過低,反轉烘烤步驟甚至不能使曝光區域表面的光刻膠發生轉變,這将會增加了顯影液的腐蝕率。因此,在顯影時光刻膠膜很薄很容易剝落,從而削弱了底切。

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