BCB图形化工艺研究

1、bcb微图形化工艺研究摘要微细加工技术是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术之一，其加工 尺寸已经达到深亚微米、百纳米、甚至纳米级，在当今技术领域已经具有举足轻 重的地位。本文所讲的就是微加工一种工艺的实验研究。它是利用基于bcb的化 学聚合物cyclotene牌先进电子学干法刻蚀树脂，作为牺牲层，进行图形化 处理。本文主要描述对bcb利用旋涂和加热固化的方法形成厚度在几微米的薄 膜，此薄膜可以用光刻及干法刻蚀的方法，进行图形化及去除。具体操作步骤为: 先在硅片上均匀涂敷一层增附剂，再涂bcb膜层，对其进行口升温固化或进行快 速热处理，然后再在bcb膜上均匀涂敷一层光刻胶，通过前烘、曝光、

2、显影等工 艺，再通过干法刻蚀在硅片上形成bcb图形。本文主要口的是通过大量实验，制 备不同厚度的bcb薄膜，得到这些不同的bcb的成膜条件、图形化处理条件等。关键词：bcb；微细加工；光刻；干法刻蚀study on bcb， s figure treatment technologyabstractthe submicro processing technology is one of the precist manufacture technology that could be achieved today. the resulting size has reached to the mi

3、cron more inferior deeply and hundred nanometer and even to the extent that the nanometer level now, it plays an important role in today's technology field. what this text speaks is the experiment research which is one kind of method of submicro processing. it uses chemical polymer based on bcbd

4、ry-etchcyclotene advanced electronics resins as a sacrifice to go on figure treatment. this paper is chiefly described to the bcb and is used to spread soon and heats that the method solidifying forms thickness several microns to the film of tens microns, and this film can be used photolithograph an

5、d wet etching that the method graphization losing reaches to go to remove. the concrete operating sequence is: coat one even layer of adhesion on the silicon chip first, and then a bcb membrane storey, and then carries on his certainly liter temperature solidification or carries on quick heat treatm

6、ent, then coat a layer of photoresist evenly on bcb membrane, go on baking , exposing , developing etc. and then using dry-etch process to form bcb figure.the main purpose of this paper is to prepare bcb membrane of different thickness through a large number of experiments，to get the membrane condit

7、ion , figure treatment condition of these different bcbs.keyword: bcb ; submicro processing ;photolithograph ;etching目录1绪论111概述11.2 bcb概况及应用213本课题的来源及背景21.4本课题的主要任务和内容安排32 bcb介绍42. 1概述42. 2 bcb的性能42. 3 bcb的热处理42.4 bcb的应用方法53光刻的基本理论63. 1概述63. 2光刻胶73. 3光刻基本工艺84刻蚀104. 1概述104. 2干法刻蚀104. 2. 1 概述104. 2. 2

8、等离子体刻蚀的基本原理105实验125. 1实验前的准备工作125.1.1仪器简述125. 1.2原材料的准备145. 2实验一寻求得到较厚光刻胶薄膜所需的条件145. 3实验二bcb薄膜厚度与转速关系175.4实验三 对软处理后的bcb膜（无光刻胶）的刻蚀研究215. 5实验四 对硬处理后的bcb膜（无光刻胶）的刻蚀研究265. 6实验五 光刻胶作掩模时bcb的图形化处理305. 7实验六 金屈作掩模版时bcb的图形化处理325. 8小结33 6总结34致谢35一二三四 录录录录 附附附附开题报告 中期报告 英文翻译 英文原文1绪论11概述进入新世纪的今天，通信和计算机技术的发展速度惊人，电

9、子设备的体积日 趋缩小，重量越来越轻、性能越来越高，这些都离不开推动英发展的mcm制造 技术。在mcm技术中，最值得关注的是mcm-d技术，因为它更能提高互连密 度及封装效率和为电子系统提供更高的信号传输速度。为了跟上mcm-d的发展 步伐，高性能的层间介质材料光敏bcb应运而生。作为大规模集成电路(lsi)的绝缘材料而广泛应用，这种材料的介电常数低，吸水率低，高频介质 损耗小，固化温度低，与各种金屈层的兼容性好。微电了制造业作为一项战略性的基础产业，对于促进我国国民经济持续发展 和保证我国国家安全具冇举足轻重的地位。自微电子学问世以來，屯子技术领域 内发生了巨大的变化。元件不再以机械方式生产

10、和组装，而是以光学方法传递图 形，利用光刻法完成结构成型，这就要涉及到微细加工技术。光刻技术是微细结 构加工的核心技术。值得注意的是，利用光刻成像只能传递二维结构。由丁人们 希望设计和生成三维结构，因此这一点被认为是这门技术的不足。但是光学成像 在技术上的一系列优点远胜过其不足。因为光成像可以传递尺寸仅受限于频谱的 结构；成像图案不会被破坏，因而容易被复制。微电子学影响着我们的日常生活，它已经渗入所有的技术领域，并且为信息 时代的发展确立了标准。许多今天看来是理所当然的技术都是来自于微电子工业 的发展，比如光刻技术就是一例。其他如薄膜技术、模拟技术等也大大得益于微 电子学。硅材料微机械技术，在

11、任何一方面都依赖于微电子技术。二者不仅具备 相似的制造过程，而且单晶硅同时也是微结构的基木材料。20世纪80年代初， 作为该领域的权威人士，当时还在ibm工作的k. e. petersen已经发表了重要的 著作，通过各向异性的刻蚀过程得到三维结构，在该过程屮可以将单品硅平整为 要求的形状，利用特殊的刻蚀方法，对应晶体的结构，从单晶硅上齐向异性地去 除材料。利用硅氧化物或硅氮化掩膜，对部分硅表面进行刻蚀，不同的晶体表面 以不同的速度刻蚀。晶体屮可以加入人工作为附加的蚀刻阻塞层。利用合适的掩 膜、蚀刻阻塞层，采用各向同性和各向异性的蚀刻方法，可以在硅片上制造出所 需的图形结构。木课题所做的是对微加

12、工的用到的聚合材料的研究。它是利用基于bcb的化 学聚合物cyclotene牌先进电了学干法刻蚀树脂，作为牺牲层，进行图形化 处理。具体步骤：先涂敷一层bcb薄膜，再涂光刻胶、曝光（光刻）、显影、刻 蚀（刻出光刻胶图形图形化转移）、图形化处理。其屮要用等离子刻蚀，刻 蚀下层的bcb,将光刻胶图形转移到bcb薄膜上，形成bcb图形。1.2 bcb概况及应用由cyclotene牌先进电子学干法刻蚀树脂制成的薄膜适用于需绝缘层的圆 片上和需保护或抗化学性的保护层中的应用。cyclotene牌树脂正在被使用或为 电了工业的许多装置所看重。如多晶片模组平板显示、夹层电介质、微机械、光 互联和压力缓冲层等

13、。cyclotene的品种多，有着许多理想和良好的特性。dow 化学公司生产的cyclotene牌3000系列树脂是源h bcb单体的聚合物，是为了 在微电子应用而开发的。我国对bcb的利用很少。通过这种刻蚀方法，成功的在bcb上制作了微米量 级线宽和亚微米量级深度的图案。实验中利用bcb的良好热稳定性和化学稳定 性，可以承受350°c高温，不溶于丙酮的特性，通过旋涂法在玻璃或石英晶片上 制备厚度数个微米（厚度通过基片转速来控制）的bcb薄膜，然后在高温下处理 数个小时，使材料固化。制备的bcb薄膜表面非常平整，膜厚均匀且坚固，在激 光辐照下不易被剥离。1. 3本课题的来源及背景木毕

14、业设计课题来源于科研题口 “室温热成像器件与系统研究”。其屮需对 牺牲层材料（聚合材料）做研究。国外在高分子聚合材料方面是比较先进的。在 微电子领域对这些材料的应用越来越多，微电子行业己经离不开聚合物。鉴于国 外对cyclotene牌树脂（bcb）的应用和国内的很少使用。木课题针对bcb材料 进行研究。1. 4本课题的主要任务和内容安排本课题是应用微加工屮的光刻及干法刻蚀等加工工艺，进行bcb膜层的微图 形化处理。首先要清楚bcb的特性及微加工的各工序，通过实验，制备不同种类 的bcb薄膜，再通过数据的记录及处理，对比这些不同的bcb膜层的成膜条件、 图形化条件。其主要口的是通过形成膜，进行光

15、刻、干法刻蚀等工艺的研究, 在硅片上形成图形。本课题的内容大致可分为以下五个部分：1. 了解本课题的來源及发展状况。2. 了解bcb的概况、特性及应用。3. 掌握光刻以及刻蚀的基木理论，为木文的实验部分打下基础。4. 学习并熟悉本课题所使用的仪器设备。5. 进行大量实验，完成本课题的内容。6. 处理数据，总结实验结果，得出结论。2 bcb介绍21概述新材料是高新技术发展的先导和基础。新型高性能聚合物和功能聚合物的出 现，为飞速发展的微电子学提供了动力。bcb作为一类高性能聚合物，以它特有 的性质，将会被越来越多地使用。bcb是具有优良的热稳定性、化学稳定性、 电绝缘性和机械强度的高性能材料。在

16、现代高技术领域有非常重要的应用。例如 在微电子制造屮，用作各类器件钝化防护和层间介电等。在用作这些方面时， bcb层上都要形成微细的连接瞳孔或连接窗口。在用作这些方面时，bcb层上都 要形成微细的连接瞳孔或连接窗口。一般的做法是在bcb膜上涂上一层光刻胶, 刻出光刻胶图形，以光刻胶图形做掩蔽层，再对bcb进行刻蚀，将光刻胶图形转 移到bcb膜上。2. 2 bcb的性能cyclotene牌先进电子学干法刻蚀树脂有许多非常吸引人的特性。包括：低介电常数：（2. 65,与温度和频率无关）低离子浓度：（ppm级）低吸水性:（85%rii f 0. 25%的吸收）低固化温度：（200°c以下两

17、小时）快速热处理：（300°c下1分钟，250°c下1小时）高透光性：（整个可见光谱90%）高平整度：080%在25um线宽方向上）高热稳性:（tg350°c）高抗溶性：（对人多数冇机溶剂、碱、苛性酸等稳定）非常低漏气性：（300°c以下不可发现）2. 3 bcb的热处理涂bcb后，聚合物膜层需被处理以确保对后序处理操作的抵抗性。由8（3树脂构成的膜的处理需在无氧条件下（vlooppm）进行。建议在连续涂覆树脂时，对由bcb树脂形成的膜层应进行软处理。软处理用 来增强沉枳于bcb膜上的连续层的附着。包括：金属薄膜聚合物、分子化合物。所有聚合物层沉积好后处

18、理建议最后处理（硬处理）。进行硬处理时要达到 95-100%的聚合物转换度。硬处理与软处理相似，只是处理时间长些、温度高些。 使用对流式热炉完全处理的一个典型处理描述如表2. 1、2. 2所示。表2. 1 bcb的硬处理第步5分钟内上升到50°c恒温5分钟第2步15分钟内上升到100°c恒温15分钟第3步15分钟内上升到150°c恒温15分钟第4步60分钟内上升到250°c恒温60分钟第5步口然冷却表2. 2 bcb的软处理第步5分钟内上升到50°c恒温5分钟第2步15分钟内上升到100c恒温15分钟第3步15分钟内上升到150°c恒

19、温15分钟第4步60分钟内上升到210°c恒温40分钟第5步自然冷却2.4 bcb的应用方法在基底上涂敷一层bcb,然后对其进行热处理。通过在bcb膜层上涂敷一层 光刻胶，对光刻胶进行光刻，产生一定的图形，把光刻胶图形作为掩模。再用等 离子刻蚀把光刻胶掩模上的图形转移，来实现bcb的图形化。由于每一层不同的 刻蚀特性，町采用与干法刻蚀bcb膜厚相关的一定膜厚的光刻胶，和不同的刻蚀 条件来最优化工艺。3光刻的基本理论31概述光刻是一种图彖复印同刻蚀（化学的、物理的或两者兼而有z）相结合的综 合性技术。它用照相复印的方法，将光刻掩模的图形精确地复印到涂在待刻蚀材 料（sio2、a1、多品

20、硅等薄层）表面的光致抗蚀剂（亦称光刻胶）上面，然后在 抗蚀剂的保护下对待刻材料进行选择性刻蚀，从而在待刻蚀材料上得到所需要的 图形。光刻分为光学光刻和非光学光刻。光刻曝光方式有光学曝光、x射线曝光、 电子束或离子束曝光等。光学曝光有接触式曝光、接近式曝光、1： 1投影式曝 光及宜接步进重复曝光（dsw）等。光刻的质量，可以rt!分辨率、光刻精度（包括线宽尺寸及套刻精度）以及缺 陷密度（包括图形完整性、针孔、小附）等來衡量。影响光刻质量的主要因素是: 光刻胶、曝光方式（曝光系统）及刻蚀方法。在光刻工艺屮使用的光刻胶有两大类：一类叫负性光刻胶，其未感光部分能 被适当的溶剂溶除，而感光的部分则留下，

21、所得的图形与光刻掩模图形相反；另 一类叫正性光刻胶，其感光部分能被适当的溶剂溶除而留下未感光的部分，所得 图形与光刻掩模图形和同。光刻工艺一般包括：前烘、曝光、显影、坚膜、（后烘）或硕化处理。然后 通过刻蚀将图形转移到其他薄膜或者硅片上，最后用化学试剂或者氧的等离子体 去胶，完成整套光刻工艺。在光刻工艺中，有一种代替刻蚀方法的工艺，我们称之为剥离工艺（lift off）o这个工艺普遍用來替代离了轰击來刻蚀难于刻蚀的材料。剥离技术的工艺 过程如下图3.1所示。首先涂上厚的光刻胶并形成图案，接下来，使用蒸发技术 淀积一个金属薄层。蒸发的一个特点是对高纵横比的图形覆盖性差。如果光刻胶 得到一个凹的剖

22、面，金属条保证会断线。接下来硅片浸到能溶解光刻胶的溶液里, 直接淀枳在硅片上的金属线将被保留，而淀积在光刻胶上的金属将光刻胶溶解而 从硅片上脱离。这样避免了对衬底的刻蚀损伤，并且由于无限的选择性，金属图 形不会出现底切。这个过程正好与刻蚀过程相反。由于这工艺的最简单形式，只 需耍一个腐蚀槽和可能的超声波振动，因此被广泛地用于实验室研究。3. 2光刻胶光刻胶由高分子聚合物、增感剂和溶剂（述有其它添加剂）按一定比例配制 而成。光刻胶的性能取决于它的组分及组分间的相互作用。光刻胶的性能指标有 感光度、分辨率、粘附性、抗蚀性、针孔密度、留膜率、稳定性等。感光度：感光度是表征光刻胶对光线敏感程度的性能指

23、标。它既与光刻胶木 身的性质有关，乂与具体的光刻工艺条件有关。通常用minsk法来测定感光 度,minsk等提岀以感光性树脂的曝光量h的倒数来表示其在逃度s,即s二k/h 。 式中k为常数，ii为曝光量。分辨率：分辨率是光刻的又一项重耍性能指标。它是指用某种光刻胶光刻时 所得到 的光刻图形的最小尺寸。分辨率通常以每毫米内能刻蚀出可分辨的最多 线条数来表示。影响光刻脱位因素，除光刻胶本身的结构性质外，还受光刻工艺 条件、操作技术、硅片表而状况等因素的影响。对于前者来说，正胶的分辨率高 于负胶；平均分子量越高，分子量分散性越大，则分辨率越低。对于后者，有胶 膜厚度、显影条件、曝光时间、硅片平整度等

24、。粘附性：光刻胶与衬底（如sio2、金属等）z间粘附的牢固程度直接影响 到光刻的质量。如：显影时图形的儿何尺寸是否会发生变化，以及腐蚀时是否会 发生浮胶和钻蚀等现象。抗蚀性：湿法刻蚀sio2或金属时，要求光刻胶本身能经受住酸、碱的浸蚀; 干法刻蚀时，耍求光刻胶能较长吋间经受住等离子体的作用。光刻胶的抗蚀性既 与其木身的性质有关，也与工艺条件有关。针孔密度：单位面积上的针孔数称为针孔密度。光刻胶膜上的针孔在腐蚀过 程中会传递到衬底上去，危害极大。针孔的产生除与光刻胶本身的质量有关外， 还与具体的工艺条件和坏境的洁净度有关。产生针孔的主要原|大|是颗粒性污染， 所以保证所用材料的纯净并在洁净的环境

25、下操作是十分垂耍的。留膜率：留膜率是指曝光显影后的非溶性胶膜厚度与曝光前胶膜厚度z比。 由于对腐蚀起保护的是曝光、显影后的胶膜，故要求对光刻胶有的留膜率。留膜 率除与光刻胶本身有关外，述受光刻工艺条件的影响。如胶膜厚度、前烘温度、 曝光气氛、曝光量、显影液成分等。ic制造中用的光刻胶通常有三种成分，树脂或基体材料、感光化合物（pac）、 以及可控制光刻胶机械性能（类如基体黏滞性）并使其保持液体状态的溶剂。在 正性光刻胶中，p/c在曝光前作为一种抑制剂，降低光刻胶在显影溶液中的溶解 速度。在止性光刻胶暴露于光线时有化学反应，使抑制剂变成了感光剂，从而增 加了胶的溶解速率。理想情况下，抑制剂应完全

26、阻i上光刻胶的任何溶解，而增强 剂则产生一个无限大的溶解速率。3. 3光刻基本工艺光刻基本工艺有基底表而处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、 去胶八个工序。（一）硅片的清洗处理清洗处理的目的是使片了表面清洁干燥，能和抗蚀剂很好地粘附，这是影响 光刻质量的重要因索。一般，在刚刚取岀的氧化或蒸发片上立即涂胶，效果比较 理想。对已经玷污的氧化片，必须进行清理处理。可用浓硫酸煮，冷热去离子水 冲洗，最后烘干即叮。对于蒸有金属表面，则可用有机溶剂（如丙酮）擦，然后 在红外灯下烘干。（二）涂胶涂胶是在光刻硅片表面涂敷上一层光刻胶膜。涂胶要求是：粘附良好、均匀、 厚薄适当。涂胶方法有浸涂法、喷涂法和旋

27、转法等。最常用的方法是旋转法。甩 胶机是光刻工艺中的必要装置，它利用离心原理产生厚度均匀的感光胶膜，以便 随后的曝光顺利进行，获得精确的几何图案。为了对应不同浓度的胶液，获得匀 质胶膜，通常甩胶机设计成速度和时间可调型。（三）前烘前烘的口的是使胶膜体内的溶剂充分的挥发，使胶膜干燥，以增加胶膜与其 他薄膜的粘附性和胶膜的耐磨性，即在曝光对准时允许胶膜与掩模版有一定紧贴 而不磨损，不玷污掩模版；同吋，只有光刻胶干燥，曝光吋才能充分进行光化学 反应。（四）对准与曝光曝光的光源一般采用发射紫外光的水银灯，并尽量形成平行光束垂直照射到 硅片上。曝光时间要求严格控制。由于光的衍射、反射和散射作用，曝光时间

28、越 长，分辨率越低。但曝光不足，光反应不充分，显影时部分胶被溶解。胶面发黑 呈桔皮状，抗蚀性大大降低。（五）显影显影是把曝光后的基片放在显影液里，将应去除的光刻胶膜除干净，以获 得所需要的抗蚀剂的图形。显影液和显影时间的选择对显影效果的影响极为重 耍。显影液的选择原则是：对需要去除的那部分胶膜溶解的快，溶解度犬，对 需要保留的那部分胶膜溶解度极小。此外，显影液内有害物杂质少，毒性小。所 以，不同的光刻胶，要求不同的显影液。显影时间随抗蚀剂的种类、膜厚、显影 种类、显影温度和操作方法不同而不同，耍根据实际情况进行选择和调整。显 影时间过长，会使胶膜软化膨胀，图形边缘发生钻溶而变坏，影响分辨率，甚

29、至 出现浮胶现象。若显影时间过短，显影不足。（六）坚膜坚膜就是在一定的温度下将显影后的片子进行烘烤，除去显影时胶膜所吸收 的显影液和残留水分，改善胶膜与基片间的粘附性，增加胶膜的抗蚀能力，以及 消除显影时所引起的图形变形。（七）腐蚀腐蚀就是用适当的腐蚀剂，按照光刻胶上已显出来的图形，完整、清晰、准 确地腐蚀，供选择性扩散或达到金属布线的目的。他是影响光刻精度的重要环节。（八）去胶去胶就是在薄膜上的图形作出來后，把其保护作用或模子的胶除净。主要方 法有：（1）溶剂去胶；（2）氯化去胶；（3）等离子去胶。4刻蚀4.1概述在硅片表面形成光刻胶图形z后，下一步通常是通过刻蚀工艺将该图形转移 到光刻胶下

30、边的层上。本章将简单介绍刻蚀工艺。刻蚀是为了去除显影后裸露出 来的介质层。对于光刻过程中的刻蚀，一般应考虑以下六个问题：刻蚀均匀性; 刻蚀方向性；刻蚀选择性；刻蚀速度；公害和安全措施；经济性。其 屮最重要的问题是刻蚀方向性与刻蚀选择性。所谓刻蚀方向性是指待刻蚀材料本身在横向与纵向两个方向上刻蚀速率的 相对大小。从控制线宽的角度考虑，希望纵横向的蚀速比尽量人，既要求刻蚀各 向异性，两者差异越人越好。但从台阶覆盖考虑，希望台阶有一定的斜坡，因此 不希望横向蚀速为零。所谓刻蚀选择性是指待刻蚀材料本身的纵向蚀速与其下紧挨着的介质层的 纵向蚀速两者的相对大小。从刻蚀终点控制的角度考虑希望前者尽量大，后者

31、应 尽量小。刻蚀方法可分为使用化学试剂的湿法刻蚀和使用气体的干法刻蚀（等离子体 刻蚀、反应离了刻蚀）两种。木文主要介绍干法刻蚀中的等离了刻蚀。4. 2干法刻蚀4. 2.1概述干法刻蚀具有分辨率高、齐向异性刻蚀能力强、不同材料z间的刻蚀选择比 大、刻蚀均匀性和重复性好，以及易于实现连续自动操作等优点。4. 2. 2等离子体刻蚀的基本原理等离子休刻蚀是依靠高频辉光放电形成的化学活性游离基与被刻蚀材料发 生化学反应的一种选择性刻蚀方法。它可以用集成电路工艺小常用的光刻胶作掩 模。对抗蚀剂的粘附性也没有严格的要求。与沿用的湿法化学刻蚀相比，它具有 干燥、清洁、工艺简单、分辨率高和尺寸公差小等优点。此外

32、，刻蚀后可立即在 同一设备内用氧等离子体进行去胶，提高了工作效率和器件的加工质量。气体等离子体的产生过程及其刻蚀作用：气体中总存在微量的自由电子。在 外电场的作用下，这些电子便加速运动。当屯子在外屯场中获得足够的能量后与 气体分了发生碰撞时，可使气体分了电离而发射出二次电了。二次电了可进一步 与气体分子发生碰撞电离，产生更多的电子与离子。由于存在电子与离子相复合 的逆过程，电离与复合过程最终必将达到一种平衡状态，出现稳定的辉光放电现 象，形成稳定的等离子体。在放电过程中，除了形成电子与离子之外，还右产生 激发态的分子、原子及各种原子团，这些东西统称为游离基。游离基具有高度的 化学活性，止是它们

33、与被蚀材料的表面发生化学反应，形成挥发性的产物，使材 料不断被刻蚀。5实验5. 1实验前的准备工作在做实验前，首先应做好准备工作。这就需要对实验设备非常清楚，对它的 技术参数、性能要求、原理结构等要清楚掌握，能够做到熟练操作。下面将对本 文所涉及的仪器、化学试剂、化学原料以及实验方法做一简单介绍。仪器的具体 操作步骤可参照和关资料。5.1.1仪器简述kw型匀胶机kw型匀胶机适用于半导体工艺，制版及表面涂覆等工艺。匀胶机稳定的转 速和快速的启动，可以保证胶厚的一致性和均匀性，为此，该机采取了如下措施: 定子和转子分开供电；匀胶机有两个转速；本匀胶机测速采用光电的 办法。特点是双转速匀胶机，两档转

34、速及其匀胶时间分别连续调节，在启动后先低 速运转，经几秒钟后自动转换到高档运转。i档转速：5002500转/分速匀胶时间：218秒ii档转速：10008000转/分速匀胶时间：360秒传速稳定度±1%,胶的均匀性±3%。体积小，重量轻，操作简便。适用丁0 5至100mm硅片及其它材料等匀胶。dxc350恒温干燥箱该试验箱采用拼装结构，自然对流方式，具有定吋运行功能。温度范围在40°c300°c；升温时间约45分钟ortp500型快速热处理设备1、概述：速热处理技术(rtp)近年來得到越來越广泛的应用，可用于硅及其化合物半 导体材料离子注入后的退火，硅化物

35、形成，欧姆接触制备以及快速氧化，快速氮 化等方面。该设备具有很好的长时间工作稳定性以及快速升降温，慢速升降温等 功能，因此也可用于铁电膜的制备以及齐种半导体材料cvd工艺的热处理。2、原理:聚光腔内的卤磚灯产生的光辐照，通过石英盒照射到样品上。由于样口是聚 光腔内唯一的光吸收体，腔内的光线大部分被样品所吸收，使样品温度快速升高。 测温热电偶测出温度信号，经线性化和放大，通过a/d转换送入pc机。pc机根 据预定的温度曲线，以及当前温度值，决定控制电压的大小，经d/a转换器送入 接口电路。通过控制电路和固态控制器，控制灯电流大小，实现闭坏控制。3、 特性：该仪器，升温速率0.01200°

36、;c/秒，时间设定范围19999秒，最大温度 设定范围150°c1300°c,双闭环温度控制，稳态温度稳定性±2°c。具有实时 温度曲线和显示及存储功能，可以存储实验曲线500条以上。膜厚测试仪该测试仪可以测量基底为不透明物质如硅片等各种薄膜的厚度。它的结构非 常简单，它是由测量部分和软件操作部分组成。该测试仪是利用光的反射原理测 膜厚。测出来的膜厚可以通过三种方式显示。一种是光谱显示，该曲线图显示了 两条线，如果两条线拟合得很好，则说明测得的膜厚接近真值；第二种位数据位 置显示，该图在条形统计图表中指出了厚度测试的结果；最后一种方式为数据屏 幕显示，在

37、每次测试后，最终厚度和拟合值将被宜接显示在数据屏幕中，拟合值 越小，厚度越接近真值。jkg-2a型光刻机jkg-2a型光刻机，是随着我国电子工业发展，为适应生产大规模集成电路, ccd,表面波，磁泡，微波等器件的光刻需要而设计制造的。它叮以真空接触的方 法，将掩模上的各种图案经紫外线光束的曝光，分别转印至硅片或其它基片上， 在经其它工序的处理，从而获得完整的微电了器件。光刻机主要用于图形转移。该光刻机上适用的掩模尺寸100x100x23mm或 75x75x23mm，光刻的硅片幅面尺寸为5075mm，光刻图形线条，最细 可达2微米。承片台（设有恒压机构和真空吸附装置）的球座端面至掩模图形面 升降

38、范围为07nini。曝光系统采用蜂窝透镜的平滑平行广元，使光的衍射见到 最小限度，使中心与边缘的照度并小于5%。还采用gcq200w超高压汞灯，其曝光波长为300436nmo曝光时间控制范围在0199秒z间。真空接触压力 20. 7kgozsx-400真空镀膜机该设备是镀制各种光学膜系的多用途设备。如高反膜、宽窄带滤光片、析光 膜、各种光学镜头、眼镜片、槊远镜上使用的红膜等。该设备由三部分组成： zsx400主机，dk98真空操作柜，def6h电子枪电源柜。此镀膜机使用分 子泵來代替以往的扩散泵。蒸发源采用e型磁偏转270。电子枪，它的极限压力小 于等于3x10_1pa,恢复真空抽气时间从1

39、x 105pa至2x 10pa二20min。icp98a型高密度等离子体刻蚀机1cp-98a型高密度等离子体刻蚀机适用于f基气体的刻蚀，其高密度等离子 体可以提高刻蚀速率，低气压下工作有利于获得剖面更加陡直的齐向异性刻蚀。 新的刻蚀机采用两套射频电源供电，一套为产生高密度等离子体的激励电源，另 一套为偏压电源。这种工作方式既可得到高密度等离子体，又可降低刻蚀损伤。 它是ulsi mos电路和微波器件及电路所必不可少的新一代加工手段。5.1.2原材料的准备a. 硅片的准备实验中我们使用的是4寸硅片，为了节约原材料，在实验前我们将每片硅片 都切成4块35 x 35mm2的方块。实验共用到6片硅片。

40、b. 原料的准备bcb (cycl0tene302246)、ap3000.正性光刻胶、显影液、丙酮等。c. 实验器材的准备培养皿、烧杯、滴瓶、不锈钢银子、金刚右刀、不锈钢尺子、洁净纸、无尘 棉签、掩模版等。5.2实验寻求得到较厚光刻胶薄膜所需的条件影响光刻胶薄膜厚度的因素很多，光刻胶h身特性对膜厚有很大影响。光刻 胶的粘度大小取决于光刻胶的固体含量。在相同的转速下，粘度越大，涂层越厚; 对于某一种粘度的光刻胶，当转速提高到一定程度后，膜厚基木上就不再改变。此时必须改用粘度不同的光刻胶才能进-步增减膜厚。由于后序实验需要用到较厚的光刻胶层，所以本实验的目的就研究在何种情 况下，可得到较厚的光刻胶

41、层。在光刻胶已给定的情况下，膜厚基本上只与转速 有关系。木实验主要研究的是转速为多少时，能得到较厚的光刻胶层。本实验所用的是kw型匀胶机，其特点是双转速匀胶，两档转速及其匀胶时 间分别连续调节，在启动后先低速运转，经几秒钟后自动转换到高档运转。a.实验中应注意和做到如下几点：滴胶和预匀滴光刻胶时，滴胶量和滴胶方法视硅片的尺寸和形状而定。胶量过多，除了 会造成极大的浪费，还会导致光刻胶被吸入真空系统中去。为了节省用胶，高速 匀胶前，应预先用低转速，短时间内使光刻胶均匀地分布于硅片的表而。胶量过 少，会影响胶层的均匀性。采用恰当的滴胶方法可以控制滴胶量。滴胶方法会影 响胶层的均匀性。此外，滴胶时应

42、防止胶液内岀现气泡(应及吋往滴瓶内添加光 刻胶)，否则也会影响胶层的均匀性。预匀条件的选择对胶层膜厚和均匀性也有一定的影响。速度过快或者时间过 长，胶内的溶剂挥发过多，高速旋转前基片表而胶层的粘度会相对增大，使膜层 的均匀性变差。由于正胶流动性大，预匀时光刻胶容易铺张到硅片背面的边缘， 影响硅片背面平整度，为此可采用静态预匀，即增人滴胶量，使光刻胶自然铺张 到硅片边缘10伽以内的表面。由于高速匀胶前的胶面，没有受到任何外力的作 用，表面平坦、松弛，可以在高速旋转时获得均匀的膜厚，同时乂避免了光刻胶 涂到基片的背面。(2) 旋转加速度转速是决定膜厚和膜层均匀性的关键因素。加速度则决定了转速从零到

43、设定 值所需的时间，它对膜厚均匀性也有一定的影响。性能良好的涂胶机其最大加速 度可达70. 000转/秒$左右。加速度越大，涂层的均匀性就越好。加速度的大小 应通过膜厚均匀性试验来确定。加速度过大易磨损涂胶机的马达，在使用正胶或 较稀的负胶时更容易出现光刻胶“冋溅”问题。(3) 旋转时间匀胶时高速旋转10s左右，光刻胶厚度就已基木确定，继续延长旋转时间， 可以进-步干燥胶面并提高涂层的均匀性。当硅片直径或光刻胶粘度增大时，应 相应增加旋转时间。胶厚基本上与旋转时间无较大的关系。此外，薄膜加热固化的温度、时间等对膜厚有一定的影响。b.寻求得到较厚胶层所需的转速：本实验中匀胶机采用：i档转速为50

44、0转/秒，匀胶时间为15s； ii档转速不 定，匀胶时间为50s。本实验共使用了 1片4英寸的硅片，将z均匀裁为4部分。 先将这4片用2200、2000、1800、1600转/秒四个不等的转速来进行甩胶，烘 前、烘后进行膜厚测量，之后用丙酮清洗掉。再用这4片来采用1400、1200、 1000、800转/秒四个不等的转速來进行甩胶，烘前、烘后进行膜厚测量，z后 用丙酮清洗掉。试验所得数据如表5. 1所示。表5. 1编号转速(转/秒)烘前膜厚(um)烘后膜厚(um)122001.97491.97491.80221.80011.97561.80241.97401.79981.97511. 7960

45、220002. 07812. 07671.90051.89852. 07511.89902. 07751.89842. 07611.8955318002. 73182. 73622. 47882. 47842. 73672. 47562. 73782. 47932. 73842. 4788416002.91772.91672. 56022. 56152.91752. 56192. 91482. 56252.91692. 56123.01812. 6981514003.01613.01433.0135612003. 36003. 35403. 35323. 3576710003. 55903.

46、55843. 56263. 561788003. 76373. 79863. 77983. 83043.01552. 69692. 69812. 69842.69913. 36522. 96832. 96682. 96312. 96722. 96873. 56043. 15253. 14983. 15183. 15043. 14453. 79313. 37683. 38163. 38823. 38013. 3812结论 由表5. 1可以看出，随着转速的减小膜厚增大。在实验中刚甩完胶后对其进行 测厚，发现在数秒内所测得的膜厚在不断减小，且变化很快。分析原因，主要是 由于光刻胶没有甩干。鉴于kw型

47、匀胶机的ii档最犬甩胶吋间为60s建议在以后 的工作中，对光刻胶甩胶时，可在甩完后再甩一会儿，加速其干固化。 后烘过的薄膜厚度比后烘前的薄膜厚度小，一般以加热后的薄膜厚度为准。 总结，要想获得3um左右的光刻胶薄膜，可采用i档转速为500转/秒，匀胶 时间为15s； i【档转速调至1000转/秒，匀胶时间设为60s （或宜至甩干）。5.3实验二bcb薄膜厚度与转速关系此实验釆用的bcb材料:cycl0tene3022-46,增附剂：ap3000。由于bcb 材料不能很好地吸附于硅片基底上，增附剂能壇强出cyclotene牌树脂制成的薄 膜与一些表面的附着，像玻璃、硅、硅氧化物、硅氮化物、铀、铝

48、和氧化铝等的 表面。所以必须使用增附剂。操作步骤1. 首先准备好清洗后的器材。2. 向洗瓶内倒入mos级丙酗，向滴瓶内倒入cycl0tene3022-46o3. 对两片4英寸的圆形硅片，在丙酮中清洗。再用清水冲洗。4. 如果从反光观察硅片表面有灰尘颗粒，可以用无尘棉签醮丙酮轻拭尘粒，然 后再重复第3步。宜到硅片表面无尘粒为止。5. 在dxc350恒温干燥箱中加热4-6分钟。取出后冷却。将两硅片各裁为4等份。编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8。准备进行涂胶。6. 对8个硅片涂增附剂（ap3000）。采用静态涂胶的方法。i档转速为500,时 间为18s； ii档转速为2200,吋间为40s

49、o7. 对 8 个硅片采用 ii 档转速为 1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、 8000转/分的8个不同速度来进行涂bcbo将匀胶机的i档转速调至500转/ 分，时间为18s； ii档时间为30s。8. 等胶干后取下硅片，用肉眼观察硅片，胶已均匀铺开，且滴胶位置基本在硅 片的屮心，可看到以滴胶位置为圆心，形成同心的等厚干涉条纹。9. 对8个硅片分别测厚度。如表5. 2所示。膜厚与转速关系示意图如图5. 1所 /ji o10. 将8个硅片匀裁成2部分。各取一片进行软、硬两种热处理（处理过程和步 骤参见2.3）。软处理后的膜厚如表5. 3所示，硕处理后的膜厚如表

50、5. 4所 示。表5.2涂bcb后的膜厚（含增附剂厚度）测量x12345678转速(rpm)1000200030004000500060007000800011.58779. 25597. 39785. 79425. 23644.57084. 27544. 1017膜厚（含11.52459. 27417. 30255. 88265. 20574. 56194. 26574. 0325增附剂11.35099. 23827. 13935. 79735. 17574. 58174. 25914. 0779厚度）11.50479. 25337. 11995. 86075. 19054. 56274.

51、26807. 0507(m m)11.31189.31637. 20955. 87305.21084.53304. 27504.0815膜厚平均值（卩m）11.45599. 26767. 23385.84165. 20384. 56204. 26864.06886图5.1转速与膜厚关系示意图表5. 3软处理后的膜厚测量x12345678转速(rpm)10002000300040005000600070008000膜厚（含增附剂厚度）（卩m）7.97166. 71065. 16754. 29743. 73413. 40423. 16202. 93947. 98866. 73955. 17054.

52、 30483. 75063. 40453. 18082. 94397. 98606.71335. 17244.31763. 74263. 38783. 16652. 93917. 97376. 72785. 16494.31623. 74553. 39833. 16932. 9344膜厚平 均值 （u m）7. 97996. 72285. 16884. 30903. 74323. 39873. 16972. 9392表5.4硬处理后的膜厚测量x12345678转速(rpm)100020003000400050006000700080007. 88686. 66355.07754. 28653.

53、 71793. 37373. 14662. 9054膜厚（含7. 89696. 64955. 06054. 27643. 75413. 37953. 14522. 9276增附剂7. 92356. 68085. 12644. 27363. 74553. 37133. 16382.8613厚度）7. 87376. 67985. 14194. 26683. 73743. 36993. 11542. 8687(m m)7. 90606. 67335. 10164. 27583. 74863. 36863. 15272. 8290膜厚平 均值 （u m）7. 89736. 66945. 10164.

54、27583. 74073. 37263. 14472. 8784结论当转速较低时，匀胶不能够很平整；当转速过高时，木匀胶机已不稳定，造 成涂胶的不均匀。在测膜厚时，发现：随着转速的增加，膜厚变小；但当转速增 加到一定值后，膜厚的变化量很小。预计，当转速增加到某个值后，所涂的胶会 被全部甩掉，就形不成膜层。对bcb进行软、硬处理时，在第四步时的处理温度和恒温时间的稍微不同，造成热处理后，膜厚的微小差异。随着转速的增加，由于膜层h身厚度的减小, 这种差异在不断减小。5.4实验三 对软处理后的bcb膜（无光刻胶）的刻蚀研究本实验采用icp98a型高密度等离子体刻蚀机，对实验二中处理所得到的 16片涂

55、有bcb的硅片（8片软处理过的）进行等离子体刻蚀的实验。主要研究在 无光刻胶的情况下，等离了体刻蚀对软处理过的bcb的刻蚀速度，并研究干法刻 蚀工艺。对于等离子体刻蚀，它的影响刻蚀速率及刻蚀效果的因素主要有:刻蚀气体、 气体流量、气压、功率（输入功率、反射功率、偏压功率）改变、刻蚀时间等。 木实验采用sf6/02 （1： 9）混合气作为刻蚀气体，气压不变，刻蚀吋间不变， 主要通过改变两者的比例或偏压功率來进行刻蚀的研究。本实验分为两个小实验：一个是刻蚀气体不变，通过改变偏压功率来研究刻 蚀；一个是偏压功率不变，通过改变刻蚀气体的比例来研究刻蚀。操作步骤：1、对looorpm转速下、软处理过的涂有bcb的硅片进行等离子刻蚀： 对icp98a型高密度等离了体刻蚀机进行预抽真空系统： 按“机械泵开”钮开真空泵，预抽真空系统。 打开“预抽阀”抽反应室和“前级阀”抽分子泵。 当真空度抽至5pa时，关闭“预抽阀”，打开“高阀”。 当真空度再抽至5pa左右时，启动“分子泵”电源，同时通冷却水。 当真空度抽至高真