等离子光刻胶灰化(去胶）工艺

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-11-16

在现代半导体生产中，大量使用了类似胶卷感光材料的物质—光刻胶来将电路版图图形通过掩模版和光刻胶的感光与显影而转移到晶圆上光刻胶上，从而在晶圆表面形成特定的光刻胶图形，进而在光刻胶的保护下对下层薄膜或晶圆基底完成进行图形刻蚀或离子注入（如图1.1所示），最后再将原有的光刻胶彻底去除。现代半导体工艺中的光刻胶去除，通常均采用氧等离子体的灰化工艺。以下我们对两个方面：光刻胶和灰化工艺分别进行一个简单的介绍。

图 1.1 光刻基本原理图

光刻胶

图 1.2 光刻胶成分

光刻胶（Resist或Photo Resist，简称PR):是一种经紫外曝光后能改变在显影液中可溶性的有机混合物，典型的光刻胶具有三种基本成分，常常也会有第四种添加剂(如图2)，这三种主要成分是：树脂（聚合物材料）、感光剂和有机溶剂。光刻胶的物理性质为液体，干燥后能形成一层光刻胶膜。在晶圆生产过程中，光刻胶的主要作用是保护其下的材料在离子注入或刻蚀工艺中维持原有的状态（如图3和图4）。

图 1.3 光刻胶在离子注入过程中的作用

图 1.4 光刻胶载刻蚀过程中的作用

光刻胶灰化工艺

半导体光刻胶去除工艺（PR Strip），一般意义上说分成两种：传统的湿法去光刻胶和先进的干法去光刻胶，它们都是通过化学反应来去光刻胶，进行的反应也都是各向同性。

半导体去光刻胶工艺早期是将整盒晶圆一起浸入酸槽，由酸液将光刻胶去除，这种方法的优点是可以将光刻胶去除得很干净，但是缺点也同样明显，速度太慢，生产效率低，并且由于酸液的各向同性腐蚀，对多晶硅和金属刻蚀后去光刻胶的特征尺寸控制极为不利。所以，目前已经很少使用了，更多的是作为干法去光刻胶的一种补充，作为干法去光刻胶后清洗存在于业界。

与传统的湿法去胶法相比，干法等离子去胶法具有去胶灰化率高，可靠性高的优点。其工艺过程特点在于要经由等离子和气体扩散气进行真空腔体反应。由于光刻胶的主要成分是树脂、感光材料和有机溶剂，他们的分子结构都是由长链的碳、氢、氧组成，氧等离子体去胶工艺，即是利用氧等离子体中的高反应活性的单原子氧极易与光刻胶中的碳氢氧高分子化合物发生聚合物反应，从而生成易挥发性的反应物，最终达到去除光刻胶层的目的。这个工艺，通常又被称灰化工艺（PRAshing）。

光刻胶灰化工艺中的反应
由等离子体产生的单原子氧在真空泵的作用下流经晶圆表面，发生了如下反应：
–光刻胶中的原子和氧发生如下反应:
O₂→2O
C+2O→CO₂
H+2O→H₂O
N+2O→NO₂
S+2O→SO₂

图1.6 单原子氧和光刻胶表面发生的反应示意图

–光刻胶中的聚合物和氧的反应:
(CH)_x+2O——〉CO₂
C_xSi_yO_z+F——〉CO2+SiF₄+O₂C_x
Al_yO_z+F——〉CO₂+AlF₃(大多数氟的化合物都是水溶性的)
另外，去胶过程中还会产生N₂、O₂和H₂其他气体。

经由这些反应方程式和反应原理，光刻胶的各成分与氧发生反应，生成物主要是气体和可溶性物质，气体被真空泵直接带走，可溶性物质则溶解于水汽，最终也随水汽被真空泵带走。