淺析晶閘管光刻工藝原理

馬鵬鵬 李鑫

◆摘 ?要：光刻工藝是一種復(fù)印圖像同化學(xué)腐蝕相結(jié)合的技術(shù)。它先采用照相復(fù)印的方法，把光刻版上的圖形精確地復(fù)印在涂有感光膠的二氧化硅層或金屬蒸發(fā)層上，然后利用光刻膠的保護(hù)作用，對(duì)二氧化硅或金屬層進(jìn)行選擇性腐蝕，從而在二氧化硅或金屬層上得到與光刻版相應(yīng)的圖形，本文對(duì)晶閘管光刻原理進(jìn)行了基本的分析。

◆關(guān)鍵詞：晶閘管;光刻;工藝;原理

在晶閘管生產(chǎn)中通常對(duì)晶閘管要做兩次光刻，以此是利用光刻膠的保護(hù)進(jìn)行刻蝕，這個(gè)光刻是選擇性的光刻，作用是為陰極面選擇性擴(kuò)磷做準(zhǔn)備。第二次光刻是反刻，主要是取得需要的圖形的陰極和門極鋁膜以及其他金屬膜，其原理同第一次光刻一樣，只有在工藝條件與腐蝕方法有所不同。

1涂膠

硅體表面情況的好壞對(duì)光刻膠和硅片粘貼好壞有著直接的影響，是光刻能否成功的關(guān)鍵因素。因此在氧化結(jié)束后立刻從爐內(nèi)取出硅片裝在玻璃器皿內(nèi)，立即進(jìn)行光刻的涂膠步驟，如果不能立即進(jìn)行涂膠可以儲(chǔ)存在干燥塔或氮?dú)庀鋬?nèi)，在涂膠之前進(jìn)行30分鐘200℃的烘烤。如果未能及時(shí)涂膠應(yīng)在氧化爐中進(jìn)行800℃的烘烤，然后再進(jìn)行涂膠工藝。對(duì)與反刻鋁芯片應(yīng)用丙酮去油然后烘干涂膠。涂膠工藝可以采用噴涂、旋轉(zhuǎn)、擦涂法進(jìn)行。擦涂法：用脫脂棉或紗布沾膠后，在硅片表面擦涂。此法簡(jiǎn)單易行，但膠膜薄厚不易控制，且不均勻，易沾上棉花毛，對(duì)要求不高的產(chǎn)品尚可使用，比較適合于小型個(gè)體企業(yè)使用。旋轉(zhuǎn)法：旋轉(zhuǎn)法又分為旋轉(zhuǎn)板式涂敷法和自轉(zhuǎn)式涂敷法，利用模具和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將膠涂在硅片表面，光刻膠膜非常均勻，能充分保證光刻質(zhì)量，勻膠的清潔處理也比較方便。適用于現(xiàn)代化的大生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率極高。

2前烘

前烘的目的是讓光刻的溶劑得到充分的發(fā)揮，干燥劑可以承受接觸曝光過程中與光刻板的摩擦，也有利于光化學(xué)的反應(yīng)并增加抗腐蝕作用。前烘的方法是將涂膠后的硅片進(jìn)行30分鐘的烘烤，烘烤溫度控制在80～85℃。如果溫度過高，時(shí)間過長就會(huì)導(dǎo)致光刻膠的破壞，造成顯影不干凈，圖形受到破壞，如果溫度過低，時(shí)間過短，就會(huì)導(dǎo)致脫膠，圖像變形。因此溫度和時(shí)間要控制適當(dāng)。

3曝光

曝光是在涂好光刻膠的硅片上防止掩膜版，用高壓汞燈進(jìn)行照射，剛找部分的光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過顯影在膠膜上顯示出與掩膜相對(duì)應(yīng)的圖形。曝光方法：首先讓汞燈預(yù)熱10～15分鐘，達(dá)到光源穩(wěn)定的作用。把光刻版安裝在支架上，硅片放置在可以調(diào)位置的工作臺(tái)上，然后將光刻版移動(dòng)到硅片上方，在顯微鏡下讓光刻版與硅片的位置進(jìn)行定位。我們將定位好的整套版放置在曝光燈下進(jìn)行試曝，曝光時(shí)間在40～60秒，反刻曝光在30秒，曝光燈需保持良好狀態(tài)，因此要及時(shí)進(jìn)行更換與測(cè)光。如果曝光不足就會(huì)導(dǎo)致膠的光化學(xué)反應(yīng)不充分，抗蝕能力降低，反之曝光過度將會(huì)導(dǎo)致邊際模糊，分辨率下降。

4顯影與堅(jiān)膜

顯影工藝原理是就愛那個(gè)曝光完成后的硅片放置在顯影液中將沒有感光過的部分的光刻膠去除，行業(yè)常用工藝是浸漬法，將曝光后的硅片放在第一池的丁酮，在晃動(dòng)后置入第二杯丁酮中重新顯影，最后用丙酮漂洗后晾干，經(jīng)過檢驗(yàn)合格后送堅(jiān)膜工序，不合格的去膠后重做光刻。堅(jiān)膜的作用是強(qiáng)化化膠膜與二氧化硅（或鋁膜）的結(jié)合力，一般是在高溫恒溫干燥箱中進(jìn)行，溫度180～200℃，時(shí)間30分鐘。另一種方法是用紅外燈從盒底照射10分鐘，距離為6厘米。

5腐蝕

腐蝕就是用適當(dāng)?shù)母g液把沒有光刻膠膜覆蓋的氧化層或金屬層腐蝕掉，而把有光刻膠覆蓋的區(qū)域保存下來。腐蝕前將硅片的陽極面涂一層黑膠或光刻膠做保護(hù)，然后將配好的腐蝕液裝入塑料杯中，放入水浴恒溫鍋，腐蝕液溫度控制在35～40℃，腐蝕時(shí)間5～10分鐘。腐蝕后逐片檢查，要求圖形完整、邊緣整齊、無鉆蝕。在鋁層的腐蝕中經(jīng)常用磷酸腐蝕液，先將裝腐蝕液的玻璃器皿放在恒溫浴鍋內(nèi)加熱到80℃左右，將芯片放進(jìn)腐蝕液中腐蝕至出圖形為止，取出水沖后，放入乙醇中。去膠去膠方法有濕法去膠、氧氣去膠、等離子去膠等。

濕法去膠：硅片去膠可用過氧化氫和硫酸配比1∶3煮開10分鐘，使陽極面涂的黑膠也同時(shí)煮掉;鋁層上的膠膜，可在丙酮中浸泡，并用棉球擦去膠層。用負(fù)膠去膜劑浸泡，去膠效果更好。氧氣去膠：將待去膠的硅片放入450～530℃的氧化爐內(nèi)，通大流量氧氣（3～6升/分），使膠被氧化成CO2和H2O，被O2吹出爐外。此方法適合于反刻鋁后的去膠。對(duì)于玻璃鈍化方片，因先做玻璃鈍化，后蒸發(fā)金屬層，無法做正常反刻，而采用氧氣燒膠較為合適。具體做法：硅片做好玻璃鈍化后，再做一次光刻，玻璃層上用光刻膠保護(hù)，蒸鋁后，只需用氧氣燒膠，燒后用毛刷刷去玻璃層上的光刻膠（已碳化）和鋁。

所謂等離子去膠是在反應(yīng)系統(tǒng)中通入少量的氧，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，使低氣壓的氧氣產(chǎn)生等離子體，其中活化氧（或稱活潑的原子態(tài)氧）占有適當(dāng)?shù)谋壤梢匝杆俚厥构饪棠z氧化成為可揮發(fā)性氣體狀態(tài)被機(jī)械泵抽走，把硅片上的光刻膠膜去除掉。等離子去膠操作方便，去膠效率高，表面干凈，無劃傷，硅片溫度低，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。

通過對(duì)晶閘管制造過程中的光刻工序的涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕、去膠的工藝原理分析，通過一次光刻能夠精確的對(duì)二氧化硅層進(jìn)行選擇性腐蝕;通過反刻得到所需圖形的陰極和門極鋁膜或其他金屬膜，為二次擴(kuò)散和引出電極做準(zhǔn)備。

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