alias: MLR,多层光刻胶,硅化学增强,Si-CARL,硅烷基化

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多层光刻胶工艺

为了得到既薄（可以提高分辨率）而又致密（保护下面的图形）的光刻胶层，采用多层光刻胶(MLR)技术。

多层光刻胶(MLR)技术：采用性质不同的多层光刻胶，分别利用其抗蚀性、平面平坦化等不同特性完成图形的转移。

在双层光刻胶工艺中，顶层光刻胶经过曝光和显影后形成曝光图形，在后续的刻蚀工艺中作为刻蚀掩蔽层；底层光刻胶用来在衬底上形成平坦化的平面，需要通过干法刻蚀(氧等离子刻蚀)去掉。

MLR工艺虽然有很多优点，但是增加了工艺的复杂性，不但降低了产量，而且可能增加缺陷和成本。

利用光刻胶中留下的硅与刻蚀气体中的氧，生成二氧化硅保护层

如下图所示，首先在硅片上甩上底层胶，保护衬底上的图形，在起伏的衬底上形成平坦化的光刻胶平面。

经过前烘之后，在底层胶上面再甩一层很薄的正胶，用来作为成像层。经过曝光和显影之后，在顶层胶中形成所需要的图形。顶层胶中含有酐，经过曝光后转化为羧酸，而非曝光区中的酐被保留下来。

然后将硅片浸入到带有氨基的硅氧烷溶液中，硅氧烷溶液中的氨基与未曝光的顶层胶中的酐反应，使硅氧烷中的硅原子保留在顶层胶中，顶层胶中约含有20％-30％的硅。

然后在氧气氛中进行干法刻蚀，顶层胶中的硅与氧反应，从面在顶层胶表面形成SiO2薄层。因此在刻蚀过程中，氧等离子只刻蚀没有被顶层保护的底层光刻胶。经过刻蚀之后，由顶层光刻胶保护的图形被保留下来，转移到底层光刻胶上去。

利用Si化学增强方法可以形成高宽比很大的图形，还可以形成分辨率小于0.25μm的图形。

![[A=PH=多层光刻胶工艺 image 1.png]]

经过甩胶和前烘之后，在光刻胶上甩上一层CEL薄膜，CEL薄膜通常是不透明的，在投影曝光系统中，通过掩膜板，透光区的CEL在强光作用下变为透明，光线通过透明区的CEL并对下面的光刻胶曝光。在对光刻胶曝光的过程中，不透光的CEL可以吸收衍射的光线。

由于CEL是直接与光刻胶接触的，它的作用类似接触式曝光中的掩模版。因此，使用CEL就可以充分发挥投影曝光的优点，同时又达到接触式曝光的效果。

曝光之后，先通过湿法显影除去CEL，再对光刻胶进行显影。

![[A=PH=多层光刻胶工艺 image 2.png]]

为了减少MLR所增加的工艺复杂性，选择性地将硅扩散到成像层中，称为扩散增强硅烷基化光刻胶工艺(DESIRE)。

①光刻胶DNQ曝光，DNQ分解，形成隐性图形。
②前烘，未曝光的DNQ形成交叉链接，不容易吸收硅。
③硅烷基化，高温下将基片放在含硅的HMDS或TMDS中烘烤，硅扩散进入到曝光区的光刻胶中。

④O2等离子体刻蚀，曝光区中的硅氧化形成抗刻蚀的二氧化硅，而未曝光的光刻胶被刻蚀。

![[A=PH=多层光刻胶工艺 image 3.png]]

由于是各向异性的刻蚀，光刻胶图形的垂直效果很好。通过DESIRE工艺形成的是负性的图形（曝光区留下）。

PRIME工艺能够选择性地形成正性的图形。

在曝光的过程中，曝光区的感光剂发生分解的同时形成交叉链接，交叉链接的深度可以达到30nm。

然后由UV辐照代替前烘。UV辐照可以使未曝光区的感光剂分解，从而可使硅扩散到这些未曝光的区域中，因此硅烷基化是在未曝光区进行的。

经过干法刻蚀光刻胶之后，就在光刻胶上形成了正性的掩膜图形。