等離子光刻膠灰化(去膠）工藝

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-11-16

在現(xiàn)代半導(dǎo)體生產(chǎn)中，大量使用了類似膠卷感光材料的物質(zhì)—光刻膠來(lái)將電路版圖圖形通過掩模版和光刻膠的感光與顯影而轉(zhuǎn)移到晶圓上光刻膠上，從而在晶圓表面形成特定的光刻膠圖形，進(jìn)而在光刻膠的保護(hù)下對(duì)下層薄膜或晶圓基底完成進(jìn)行圖形刻蝕或離子注入（如圖1.1所示），最后再將原有的光刻膠徹底去除。現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝中的光刻膠去除，通常均采用氧等離子體的灰化工藝。以下我們對(duì)兩個(gè)方面：光刻膠和灰化工藝分別進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

圖 1.1 光刻基本原理圖

光刻膠

圖 1.2 光刻膠成分

光刻膠（Resist或Photo Resist，簡(jiǎn)稱PR):是一種經(jīng)紫外曝光后能改變?cè)陲@影液中可溶性的有機(jī)混合物，典型的光刻膠具有三種基本成分，常常也會(huì)有第四種添加劑(如圖2)，這三種主要成分是：樹脂（聚合物材料）、感光劑和有機(jī)溶劑。光刻膠的物理性質(zhì)為液體，干燥后能形成一層光刻膠膜。在晶圓生產(chǎn)過程中，光刻膠的主要作用是保護(hù)其下的材料在離子注入或刻蝕工藝中維持原有的狀態(tài)（如圖3和圖4）。

圖 1.3 光刻膠在離子注入過程中的作用

圖 1.4 光刻膠載刻蝕過程中的作用

光刻膠灰化工藝

半導(dǎo)體光刻膠去除工藝（PR Strip），一般意義上說分成兩種：傳統(tǒng)的濕法去光刻膠和先進(jìn)的干法去光刻膠，它們都是通過化學(xué)反應(yīng)來(lái)去光刻膠，進(jìn)行的反應(yīng)也都是各向同性。

半導(dǎo)體去光刻膠工藝早期是將整盒晶圓一起浸入酸槽，由酸液將光刻膠去除，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以將光刻膠去除得很干凈，但是缺點(diǎn)也同樣明顯，速度太慢，生產(chǎn)效率低，并且由于酸液的各向同性腐蝕，對(duì)多晶硅和金屬刻蝕后去光刻膠的特征尺寸控制極為不利。所以，目前已經(jīng)很少使用了，更多的是作為干法去光刻膠的一種補(bǔ)充，作為干法去光刻膠后清洗存在于業(yè)界。

與傳統(tǒng)的濕法去膠法相比，干法等離子去膠法具有去膠灰化率高，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。其工藝過程特點(diǎn)在于要經(jīng)由等離子和氣體擴(kuò)散氣進(jìn)行真空腔體反應(yīng)。由于光刻膠的主要成分是樹脂、感光材料和有機(jī)溶劑，他們的分子結(jié)構(gòu)都是由長(zhǎng)鏈的碳、氫、氧組成，氧等離子體去膠工藝，即是利用氧等離子體中的高反應(yīng)活性的單原子氧極易與光刻膠中的碳?xì)溲醺叻肿踊衔锇l(fā)生聚合物反應(yīng)，從而生成易揮發(fā)性的反應(yīng)物，最終達(dá)到去除光刻膠層的目的。這個(gè)工藝，通常又被稱灰化工藝（PRAshing）。

光刻膠灰化工藝中的反應(yīng)
由等離子體產(chǎn)生的單原子氧在真空泵的作用下流經(jīng)晶圓表面，發(fā)生了如下反應(yīng)：
–光刻膠中的原子和氧發(fā)生如下反應(yīng):
O₂→2O
C+2O→CO₂
H+2O→H₂O
N+2O→NO₂
S+2O→SO₂

圖1.6 單原子氧和光刻膠表面發(fā)生的反應(yīng)示意圖

–光刻膠中的聚合物和氧的反應(yīng):
(CH)_x+2O——〉CO₂
C_xSi_yO_z+F——〉CO2+SiF₄+O₂C_x
Al_yO_z+F——〉CO₂+AlF₃(大多數(shù)氟的化合物都是水溶性的)
另外，去膠過程中還會(huì)產(chǎn)生N₂、O₂和H₂其他氣體。

經(jīng)由這些反應(yīng)方程式和反應(yīng)原理，光刻膠的各成分與氧發(fā)生反應(yīng)，生成物主要是氣體和可溶性物質(zhì)，氣體被真空泵直接帶走，可溶性物質(zhì)則溶解于水汽，最終也隨水汽被真空泵帶走。