AgSb2Te相变光刻胶的全干法光刻工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义

光刻技术被广泛用于微电子芯片及分立器件的制备，而其中的光刻胶材料是光刻技术的核心。目前在芯片制造中采用的有机光刻胶主要基于光化学反应实现曝光，即在紫外光或激光辐照下产生光致结构变化，从而在显影剂中实现选择性刻蚀，得到图形结构。

由于传统的有机光刻胶对激光波长敏感，随着光刻系统的激光波长持续缩短，需要研发相应波长的光刻胶，以实现更小的光刻特征尺寸，这导致研发成本不断增加。高研发成本的有机光刻胶难以满足小批量、个性化的光电子器件制造需求。因此，研究新型光刻胶材料对电子产品等方面产业化发展具有重要意义。另外，芯片制造过程中存在的外来杂质污染及空气氧化等因素要求光刻胶能用于全真空环境的器件制造，因此，研究基于新型光刻胶的全干法光刻与刻蚀工艺对光电子器件制造具有重要意义及价值。

基于此，本课题提出《agsb₂te相变光刻胶的全干法光刻工艺研究》，采用对激光波长不敏感的agsb₂te相变光刻胶，即利用光热效应在相变光刻胶上实现结构制备。该光刻胶具有宽波段光谱响应，由于无需更换光刻光源而能有效降低光刻胶的研发成本。同时，相比传统光刻胶，agsb₂te光刻胶的制备工艺简单，无需涂胶、烘焙等步骤且光刻胶材料具有环境友好型的特征。另外，agsb₂te光刻胶拟采用干法显影，相比湿法显影，其具有更好的刻蚀方向性（可有效避免光刻结构的横向腐蚀）及无污染（无需大量有毒显影溶液，仅存在少量的刻蚀气体挥发）等优势。因此，本课题主要研究ag掺杂sb₂te相变光刻胶的光刻与刻蚀工艺，包括材料制备工艺、曝光工艺、干法显影工艺、图形转移及去胶工艺等内容，优化工艺参数，获得光刻性能优良的agsb₂te相变光刻胶。

2. 研究内容和预期目标

本课题主要研究sbte相变光刻胶的光刻工艺研究，具体研究内容如下：

（1）研究ag掺杂sb₂te相变光刻胶制备工艺，确定最佳ag掺杂量及工艺条件如溅射功率、溅射气压、溅射时间等。

（2）研究ag掺杂sb₂te相变光刻胶的光刻工艺，确定光刻参数如激光功率、刻写速度、激光光斑等，干法显影参数（如功率、刻蚀气体种类、流量比、工作气压、显影时间等）。

3. 研究的方法与步骤

本课题主要研究ag掺杂sb₂te相变光刻胶的光刻工艺，包括材料制备工艺、曝光工艺、干法显影工艺、图形转移及去胶工艺等内容，优化工艺参数，获得光刻性能优良的agsb₂te相变光刻胶。

实验利用ulvacmps-3000超高真空磁控溅射仪，采用共溅射法在sio₂/si(100)衬底上制备ag掺杂sb₂te薄膜，采用激光直写光刻系统对制备的相变薄膜进行曝光，利用反应离子刻蚀系统对曝光的薄膜样品进行刻蚀，本实验中采用的是oxford80plus反应离子刻蚀机。主要包括一个刻蚀主机台、气体流量控制阀、机械泵、分子泵、冷却循环水、软件控制使用的配置电脑等。刻蚀工艺主要在反应腔中完成，腔壁及顶部是用铝合金制作，而载片台是用石墨制作，最大容量可以放置4英寸硅片，并连接一个最大输出功率为600 w的rf电源，它是用he恒温控制冷却。刻蚀气体是通过反应腔顶部的喷洒头进入，流量是由流量控制阀设定，其最大流量为100 sccm，并且有4个管道。反应腔的真空度是由分子泵控制，其最小气压可以达到1×10^-4pa。反应离子刻蚀一起主要配置的刻蚀气体有：cf₄、chf₃、sf₆、ar、o₂等。

利用扫描电子显微镜（sem）和原子力显微镜（afm）研究不同显影及刻蚀条件对ag掺杂sb₂te表面形貌的影响。首先研究最常用的cf₄ ar、chf₃ o₂不同组分对刻蚀速度以及刻蚀表面的影响。另外，研究刻蚀气压和功率对结构形貌及刻蚀选择性的影响。研究ag掺杂sb₂te与介质材料（如sio₂、si）之间的刻蚀选择比。利用扫描电子显微镜（sem）和原子力显微镜（afm）观察刻蚀图形的形貌，以此反馈工艺优化，不断改善工艺参数，直到获得适用于半导体制造的agsb₂te光刻胶组成及全干法光刻与刻蚀工艺。

4. 参考文献

[1] w. wang, b. liu, q. jin, y. xia, q. wang, d. yao, s. song, z. song, x. guo, h. zheng, s. feng. etching characteristics and mechanisms of ti-sb-te phase change material in chf₃/o₂/ar plasma for nano-devices[j]. ecs j. solid state sc., 2016, 5: 499-502.

[2] g. feng, b. liu, z., song, s. lv, l. wu, s. feng, b. chen. dry etching of nanosized ge₁sb₂te₄patterns using tin hard mask for high density phase-change memory[j]. j. nanosci. nanotechnol., 2009, 9: 1526-1529.

[3] z. zhang, s. song, z. song, y. cheng, m. zhu, x. li, y. zhu, x. guo, w. yin, l.wu, b. liu, s. feng, d. zhou. etching of new phase change material ti_0.5sb₂te₃by cl₂/ar and cf₄/ar inductively coupled plasmas[j]. appl. surf. sci., 2014, 311: 68-73.

5. 计划与进度安排

1、2022年3月1日—2022年3月31日：查阅文献，了解相变光刻胶的研究进展、光刻与刻蚀工艺等相关内容；翻译相变光刻胶光刻工艺相关英文文献1篇；撰写毕业论文的文献综述。

2、2022年4月1日—2022年4月30日：做实验，采用磁控溅射镀膜设备制备不同ag含量掺杂的sb₂te光刻胶；采用激光直写装置在ag掺杂的sb₂te光刻胶上曝光光栅图形；采用反应离子刻蚀系统显影、曝光的光栅图形并将显影的图形转移到玻璃及硅基底上，最后等离子体去胶；通过xrd、afm、sem等方法研究不同刻蚀条件（刻蚀气压、刻蚀功率、刻蚀气体种类等参数）对图形结构的影响规律与刻蚀机理。