淺析晶閘管光刻工藝原理

馬鵬鵬 李鑫

◆摘 ?要：光刻工藝是一種復印圖像同化學腐蝕相結合的技術。它先采用照相復印的方法，把光刻版上的圖形精確地復印在涂有感光膠的二氧化硅層或金屬蒸發層上，然后利用光刻膠的保護作用，對二氧化硅或金屬層進行選擇性腐蝕，從而在二氧化硅或金屬層上得到與光刻版相應的圖形，本文對晶閘管光刻原理進行了基本的分析。

◆關鍵詞：晶閘管;光刻;工藝;原理

在晶閘管生產中通常對晶閘管要做兩次光刻，以此是利用光刻膠的保護進行刻蝕，這個光刻是選擇性的光刻，作用是為陰極面選擇性擴磷做準備。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鍵因素。因此在氧化結束后立刻從爐內取出硅片裝在玻璃器皿內，立即進行光刻的涂膠步驟，如果不能立即進行涂膠可以儲存在干燥塔或氮氣箱內，在涂膠之前進行30分鐘200℃的烘烤。如果未能及時涂膠應在氧化爐中進行800℃的烘烤，然后再進行涂膠工藝。對與反刻鋁芯片應用丙酮去油然后烘干涂膠。涂膠工藝可以采用噴涂、旋轉、擦涂法進行。擦涂法：用脫脂棉或紗布沾膠后，在硅片表面擦涂。此法簡單易行，但膠膜薄厚不易控制，且不均勻，易沾上棉花毛，對要求不高的產品尚可使用，比較適合于小型個體企業使用。旋轉法：旋轉法又分為旋轉板式涂敷法和自轉式涂敷法，利用模具和電機的轉動，將膠涂在硅片表面，光刻膠膜非常均勻，能充分保證光刻質量，勻膠的清潔處理也比較方便。適用于現代化的大生產線，生產效率極高。

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，也有利于光化學的反應并增加抗腐蝕作用。前烘的方法是將涂膠后的硅片進行30分鐘的烘烤，烘烤溫度控制在80～85℃。如果溫度過高，時間過長就會導致光刻膠的破壞，造成顯影不干凈，圖形受到破壞，如果溫度過低，時間過短，就會導致脫膠，圖像變形。因此溫度和時間要控制適當。

3曝光

曝光是在涂好光刻膠的硅片上防止掩膜版，用高壓汞燈進行照射，剛找部分的光刻膠發生化學反應，經過顯影在膠膜上顯示出與掩膜相對應的圖形。曝光方法：首先讓汞燈預熱10～15分鐘，達到光源穩定的作用。把光刻版安裝在支架上，硅片放置在可以調位置的工作臺上，然后將光刻版移動到硅片上方，在顯微鏡下讓光刻版與硅片的位置進行定位。我們將定位好的整套版放置在曝光燈下進行試曝，曝光時間在40～60秒，反刻曝光在30秒，曝光燈需保持良好狀態，因此要及時進行更換與測光。如果曝光不足就會導致膠的光化學反應不充分，抗蝕能力降低，反之曝光過度將會導致邊際模糊，分辨率下降。

4顯影與堅膜

顯影工藝原理是就愛那個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，在晃動后置入第二杯丁酮中重新顯影，最后用丙酮漂洗后晾干，經過檢驗合格后送堅膜工序，不合格的去膠后重做光刻。堅膜的作用是強化化膠膜與二氧化硅（或鋁膜）的結合力，一般是在高溫恒溫干燥箱中進行，溫度180～200℃，時間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

腐蝕就是用適當的腐蝕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，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加熱到80℃左右，將芯片放進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，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。對于玻璃鈍化方片，因先做玻璃鈍化，后蒸發金屬層，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，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系統中通入少量的氧，在強電場作用下，使低氣壓的氧氣產生等離子體，其中活化氧（或稱活潑的原子態氧）占有適當的比例，可以迅速地使光刻膠氧化成為可揮發性氣體狀態被機械泵抽走，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，有利于保證產品質量。

通過對晶閘管制造過程中的光刻工序的涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠的工藝原理分析，通過一次光刻能夠精確的對二氧化硅層進行選擇性腐蝕;通過反刻得到所需圖形的陰極和門極鋁膜或其他金屬膜，為二次擴散和引出電極做準備。

參考文獻

[1]王建強，李丁，徐效波.三維激光掃描數據生成精細地面模型[J].東華理工大學學報（自然科學版），2014（01）.

[2]羅躍川，張繼成.硅基支撐系統的光刻工藝[J].強激光與粒子束，2012（11）.

[3]陳欣，趙青，方亮，王長濤，羅先剛.激光干涉光刻法制作100nm掩模[J].強激光與粒子束，2011（03）.