浅析晶闸管光刻工艺原理

马鹏鹏 李鑫

◆摘  要：光刻工艺是一种复印图像同化学腐蚀相结合的技术。它先采用照相复印的方法，把光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的二氧化硅层或金属蒸发层上，然后利用光刻胶的保护作用，对二氧化硅或金属层进行选择性腐蚀，从而在二氧化硅或金属层上得到与光刻版相应的图形，本文对晶闸管光刻原理进行了基本的分析。

◆关键词：晶闸管;光刻;工艺;原理

在晶闸管生产中通常对晶闸管要做两次光刻，以此是利用光刻胶的保护进行刻蚀，这个光刻是选择性的光刻，作用是为阴极面选择性扩磷做准备。第二次光刻是反刻，主要是取得需要的图形的阴极和门极铝膜以及其他金属膜，其原理同第一次光刻一样，只有在工艺条件与腐蚀方法有所不同。

1涂胶

硅体表面情况的好坏对光刻胶和硅片粘贴好坏有着直接的影响，是光刻能否成功的关键因素。因此在氧化结束后立刻从炉内取出硅片装在玻璃器皿内，立即进行光刻的涂胶步骤，如果不能立即进行涂胶可以储存在干燥塔或氮气箱内，在涂胶之前进行30分钟200℃的烘烤。如果未能及时涂胶应在氧化炉中进行800℃的烘烤，然后再进行涂胶工艺。对与反刻铝芯片应用丙酮去油然后烘干涂胶。涂胶工艺可以采用喷涂、旋转、擦涂法进行。擦涂法：用脱脂棉或纱布沾胶后，在硅片表面擦涂。此法简单易行，但胶膜薄厚不易控制，且不均匀，易沾上棉花毛，对要求不高的产品尚可使用，比较适合于小型个体企业使用。旋转法：旋转法又分为旋转板式涂敷法和自转式涂敷法，利用模具和电机的转动，将胶涂在硅片表面，光刻胶膜非常均匀，能充分保证光刻质量，匀胶的清洁处理也比较方便。适用于现代化的大生产线，生产效率极高。

2前烘

前烘的目的是让光刻的溶剂得到充分的发挥，干燥剂可以承受接触曝光过程中与光刻板的摩擦，也有利于光化学的反应并增加抗腐蚀作用。前烘的方法是将涂胶后的硅片进行30分钟的烘烤，烘烤温度控制在80～85℃。如果温度过高，时间过长就会导致光刻胶的破坏，造成显影不干净，图形受到破壞，如果温度过低，时间过短，就会导致脱胶，图像变形。因此温度和时间要控制适当。

3曝光

曝光是在涂好光刻胶的硅片上防止掩膜版，用高压汞灯进行照射，刚找部分的光刻胶发生化学反应，经过显影在胶膜上显示出与掩膜相对应的图形。曝光方法：首先让汞灯预热10～15分钟，达到光源稳定的作用。把光刻版安装在支架上，硅片放置在可以调位置的工作台上，然后将光刻版移动到硅片上方，在显微镜下让光刻版与硅片的位置进行定位。我们将定位好的整套版放置在曝光灯下进行试曝，曝光时间在40～60秒，反刻曝光在30秒，曝光灯需保持良好状态，因此要及时进行更换与测光。如果曝光不足就会导致胶的光化学反应不充分，抗蚀能力降低，反之曝光过度将会导致边际模糊，分辨率下降。

4显影与坚膜

显影工艺原理是就爱那个曝光完成后的硅片放置在显影液中将没有感光过的部分的光刻胶去除，行业常用工艺是浸渍法，将曝光后的硅片放在第一池的丁酮，在晃动后置入第二杯丁酮中重新显影，最后用丙酮漂洗后晾干，经过检验合格后送坚膜工序，不合格的去胶后重做光刻。坚膜的作用是强化化胶膜与二氧化硅（或铝膜）的结合力，一般是在高温恒温干燥箱中进行，温度180～200℃，时间30分钟。另一种方法是用红外灯从盒底照射10分钟，距离为6厘米。

5腐蚀

腐蚀就是用适当的腐蚀液把没有光刻胶膜覆盖的氧化层或金属层腐蚀掉，而把有光刻胶覆盖的区域保存下来。腐蚀前将硅片的阳极面涂一层黑胶或光刻胶做保护，然后将配好的腐蚀液装入塑料杯中，放入水浴恒温锅，腐蚀液温度控制在35～40℃，腐蚀时间5～10分钟。腐蚀后逐片检查，要求图形完整、边缘整齐、无钻蚀。在铝层的腐蚀中经常用磷酸腐蚀液，先将装腐蚀液的玻璃器皿放在恒温浴锅内加热到80℃左右，将芯片放进腐蚀液中腐蚀至出图形为止，取出水冲后，放入乙醇中。去胶去胶方法有湿法去胶、氧气去胶、等离子去胶等。

湿法去胶：硅片去胶可用过氧化氢和硫酸配比1∶3煮开10分钟，使阳极面涂的黑胶也同时煮掉;铝层上的胶膜，可在丙酮中浸泡，并用棉球擦去胶层。用负胶去膜剂浸泡，去胶效果更好。氧气去胶：将待去胶的硅片放入450～530℃的氧化炉内，通大流量氧气（3～6升/分），使胶被氧化成CO2和H2O，被O2吹出炉外。此方法适合于反刻铝后的去胶。对于玻璃钝化方片，因先做玻璃钝化，后蒸发金属层，无法做正常反刻，而采用氧气烧胶较为合适。具体做法：硅片做好玻璃钝化后，再做一次光刻，玻璃层上用光刻胶保护，蒸铝后，只需用氧气烧胶，烧后用毛刷刷去玻璃层上的光刻胶（已碳化）和铝。

所谓等离子去胶是在反应系统中通入少量的氧，在强电场作用下，使低气压的氧气产生等离子体，其中活化氧（或称活泼的原子态氧）占有适当的比例，可以迅速地使光刻胶氧化成为可挥发性气体状态被机械泵抽走，把硅片上的光刻胶膜去除掉。等离子去胶操作方便，去胶效率高，表面干净，无划伤，硅片温度低，有利于保证产品质量。

通过对晶闸管制造过程中的光刻工序的涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶的工艺原理分析，通过一次光刻能够精确的对二氧化硅层进行选择性腐蚀;通过反刻得到所需图形的阴极和门极铝膜或其他金属膜，为二次扩散和引出电极做准备。

参考文献

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