關(guān)于非晶半導(dǎo)體中的光刻工藝的研究報告

引言

在光刻過程中，光敏材料根據(jù)其上的輻照量改變其在某些蝕刻劑中的溶解度。在高分辨率光刻材料的薄層中形成的浮雕圖案可以作為集成光學(xué)或集成電子器件的組件使用，也可以作為沉積它們的基板處理中的保護(hù)掩模。后一種工藝是集成電路微制造技術(shù)的基礎(chǔ)。微電子工業(yè)不斷增長的需求需要光刻材料（光刻劑)，具有亞微米分辨率、高靈敏度、對微電子中常用的基質(zhì)的良好粘附，以及對廣泛的等離子體和濕化學(xué)蝕刻劑的高抗性。

非晶態(tài)半導(dǎo)體材料的特殊特性（非顆粒性、無機(jī)化學(xué)、氣相沉積和干濕蝕刻劑的耐久）使它們在集成電路和集成光學(xué)器件制造中具有吸引力的光阻。非晶態(tài)半導(dǎo)體的光刻過程可以根據(jù)四種光敏效應(yīng)進(jìn)行分類：光增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性、金屬光溶解、光增強(qiáng)蒸發(fā)和光誘導(dǎo)結(jié)晶。對于每一個過程，都詳細(xì)描述了機(jī)理、靈敏度和分辨率，并討論了其在集成電路制造過程中的優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)調(diào)了光敏材料可以作為最終微組分的應(yīng)用。

非晶半導(dǎo)體中光刻過程的機(jī)理

光增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)性(LECR)：LECR效應(yīng)出現(xiàn)在硫?qū)倩锇雽?dǎo)體玻璃的薄膜中。輻照 后，硫?qū)倩锉∧ぴ谄涮烊蝗軇?通常為堿性溶液)中的溶解速率發(fā)生了變化。實驗證據(jù)表明，LECR與非晶硫族化物se半導(dǎo)體光學(xué)常數(shù)的可逆和不可逆變化密切相關(guān)。薄蒸發(fā)硫族化物薄膜的光學(xué)常數(shù)的不可逆變化被歸因于蒸發(fā)分子的交聯(lián)和聚合，這與沉積后熱處理的效果類似。可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變也分別伴隨著照射和熱處理引起的可逆光變暗和漂白。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變也可能導(dǎo)致化學(xué)溶解度的變化。

金屬光解(PD)：到目前為止，在非晶半導(dǎo)體中最受關(guān)注的光刻圖形工藝是基于非晶硫族化合物薄膜在堿性溶液中光溶解金屬而急劇降低其化學(xué)溶解度的工藝。PD過程中的光敏系統(tǒng)，如圖3所示，由一層薄銀層沉積在（或下面）稍厚的層的蒸發(fā)或濺射的非晶硫化物半導(dǎo)體，如As、S3或GeZlSe7*。光照射（26）、X射線（11）或e-bean1暴露導(dǎo)致銀溶解在硫代化物中，使其不溶于堿性溶液。未暴露區(qū)域的銀可以通過HN03-HC1-H2O等酸溶液去除，未暴露的硫代化物可以通過堿性溶液去除。其余的薄膜對大多數(shù)化學(xué)蝕刻劑（4）具有良好的保護(hù)能力。

光晶體化：我們研究的過程是非晶硅薄膜的直接光刻，這是通過掩模的激光照射進(jìn)行圖案化(退火結(jié)晶）。脈沖激光退火的機(jī)制仍在許多的深入研究，盡管與成像無關(guān)。從我們自己的初步結(jié)果來看，我們還不能確定這個過程是通過固態(tài)重排序反應(yīng)還是硅膜的熔化和結(jié)晶而發(fā)生的。

總結(jié)

本文討論了四個光刻過程——LECR、PD、LEV和光之結(jié)晶。每個過程都是由一個基本不同的機(jī)制控制的。LECR具有光結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的動力學(xué)和相似的溫度依賴性，因此這兩種效應(yīng)似乎是一致的。PD效應(yīng)似乎與非晶態(tài)半導(dǎo)體中的電子激發(fā)子無關(guān)，因為激發(fā)子發(fā)生在金屬中。然而，釋放的光激發(fā)載流子可能暫時被困在金屬半導(dǎo)體結(jié)的光溶解的非晶側(cè)。LEV是由于半導(dǎo)體中的光激發(fā)，但與光結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變無關(guān)。它主要與光激發(fā)載流子的電荷遷移和表面重組的影響更有關(guān)。在非晶態(tài)硅中的光結(jié)晶似乎是一種重新排序的固態(tài)轉(zhuǎn)換。非晶硅的光結(jié)晶問題仍有待研究。但是，毫無疑問，這一過程的成功可以大大簡化和改善集成電路的制造。

審核編輯：符乾江