江苏华林科纳半导体关于非晶半导体中的光刻工艺的研究报告

引言

在光刻过程中，光敏材料根据其上的辐照量改变其在某些蚀刻剂中的溶解度。在高分辨率光刻材料的薄层中形成的浮雕图案可以作为集成光学或集成电子器件的组件使用，也可以作为沉积它们的基板处理中的保护掩模。后一种工艺是集成电路微制造技术的基础。微电子工业不断增长的需求需要光刻材料（光刻剂)，具有亚微米分辨率、高灵敏度、对微电子中常用的基质的良好粘附，以及对广泛的等离子体和湿化学蚀刻剂的高抗性。

非晶态半导体材料的特殊特性（非颗粒性、无机化学、气相沉积和干湿蚀刻剂的耐久）使它们在集成电路和集成光学器件制造中具有吸引力的光阻。非晶态半导体的光刻过程可以根据四种光敏效应进行分类：光增强化学反应性、金属光溶解、光增强蒸发和光诱导结晶。对于每一个过程，都详细描述了机理、灵敏度和分辨率，并讨论了其在集成电路制造过程中的优点。强调了光敏材料可以作为最终微组分的应用。

非晶半导体中光刻过程的机理

光增强化学反应性(LECR)：LECR效应出现在硫属化物半导体玻璃的薄膜中。辐照 后，硫属化物薄膜在其天然溶剂(通常为碱性溶液)中的溶解速率发生了变化。实验证据表明，LECR与非晶硫族化物se半导体光学常数的可逆和不可逆变化密切相关。薄蒸发硫族化物薄膜的光学常数的不可逆变化被归因于蒸发分子的交联和聚合，这与沉积后热处理的效果类似。可逆的结构转变也分别伴随着照射和热处理引起的可逆光变暗和漂白。结构转变也可能导致化学溶解度的变化。

金属光解(PD)：到目前为止，在非晶半导体中最受关注的光刻图形工艺是基于非晶硫族化合物薄膜在碱性溶液中光溶解金属而急剧降低其化学溶解度的工艺。PD过程中的光敏系统，如图3所示，由一层薄银层沉积在（或下面）稍厚的层的蒸发或溅射的非晶硫化物半导体，如As、S3或GeZlSe7*。光照射（26）、X射线（11）或e-bean1暴露导致银溶解在硫代化物中，使其不溶于碱性溶液。未暴露区域的银可以通过HN03-HC1-H2O等酸溶液去除，未暴露的硫代化物可以通过碱性溶液去除。其余的薄膜对大多数化学蚀刻剂（4）具有良好的保护能力。

光晶体化：我们研究的过程是非晶硅薄膜的直接光刻，这是通过掩模的激光照射进行图案化(退火结晶）。脉冲激光退火的机制仍在许多的深入研究，尽管与成像无关。从我们自己的初步结果来看，我们还不能确定这个过程是通过固态重排序反应还是硅膜的熔化和结晶而发生的。

总结

本文讨论了四个光刻过程——LECR、PD、LEV和光之结晶。每个过程都是由一个基本不同的机制控制的。LECR具有光结构转变的动力学和相似的温度依赖性，因此这两种效应似乎是一致的。PD效应似乎与非晶态半导体中的电子激发子无关，因为激发子发生在金属中。然而，释放的光激发载流子可能暂时被困在金属半导体结的光溶解的非晶侧。LEV是由于半导体中的光激发，但与光结构的转变无关。它主要与光激发载流子的电荷迁移和表面重组的影响更有关。在非晶态硅中的光结晶似乎是一种重新排序的固态转换。非晶硅的光结晶问题仍有待研究。但是，毫无疑问，这一过程的成功可以大大简化和改善集成电路的制造。