第七章 电子信息材料.ppt

精细化工概论
第七章电子信息材料
第一节概述
一、电子信息材料的定义与特点
电子元件、器件及电路、电子计算机技术和电子通讯技术相结合的集成技术叫电子信息技术, 也叫微电子信息技术。电子信息产业中所使用的, 能满足电子信息产业专门要求的一定规格的材料称为电子信息材料。它是电子信息产业发展的支柱, 同时也是随着电子信息产业的发展而逐步发展起来的一个重要的精细化工分支。
电子信息材料具有以下特点: 品种多、更新快、批量小、增值高、超纯、超净。尤其是随着半导体集成电路中超微细加工技术的发展, 对电子信息材料的纯度及清洁度提出了更高的求。例如在兆位级集成电路的生产中, 所用高纯超净特种气体的纯度已达 6N(%)至7N, 杂质颗粒的控制一般按照图形线宽的 1/10 来要求。因此, 电子信息材料的生产工艺、厂房、设备等对清洁度要求是十分苛刻的。有些材料的生产还必须配有终端纯化器。
第一节概述
二、电子信息化学品的分类
电子信息材料品种多、门类广, 目前尚无统一的分类方式。按产品的用途可分成以下 18大类基材、抛磨材料、光致抗蚀剂和配套试剂、酸及蚀刻剂、清洗剂及溶剂、高纯金属、超大规模集成电路生产用超净高纯试剂、磁记录技术材料、高纯特种气体及MO源、掩模板、掺杂剂、封装材料、镀覆化学品、液晶显示器件用材料、浆料、电子专用胶粘剂、超纯水制备用化工材料、层间绝缘膜和表面保护膜材料。
第二节光致抗蚀剂
一、光刻工艺
光刻工艺是利用一类感光性树脂材料作为抗蚀涂层。这类感光树脂材料在光照(主要是紫外光)时,短时间内即能发生光化学反应,使得这类材料的溶解性、熔融性或亲合性在曝光后发生明显的变化,利用这些性能在曝光前后发生的明显差别,只要控制光照的区域就可得到所需几何图形的保护层。这种作为抗蚀剂涂层用的感光树脂材料称为光致抗蚀剂, 又称作光刻胶。图7-1是接触曝光的光刻工艺。光刻过程一般经过涂覆抗蚀剂→曝光→显影→腐触→除去抗蚀剂等步骤。即首先将待加工的表面( 如硅的氧化表面层)涂上光致抗蚀剂,经过适当的烘干后,用一具有所需图案的挡光物质做成的掩膜(通常是照相底板或其复制品)紧密接触抗蚀剂层,然后进行曝光。掩膜透光区域相对应的抗蚀剂涂层发生光化学反应,而被掩膜不透光区域所遮住的部分则未起变化。利用光致抗蚀剂层感光部分与未感光部分所产生的溶解性能的明显的差别,根据光致抗蚀剂各自的光化学反应特性,用适当的溶液,或者把未感光的部分溶液(如图 7-1 a),或者相反可以把感光的部分溶除( 如图 7-1 b)。
第二节光致抗蚀剂
图7-1 光刻工艺的一般过程
第二节光致抗蚀剂
二、光致抗蚀剂的种类
按光化学反应原理和显影原理,光致抗蚀剂可分为正型和负型两大类,正型抗蚀剂经曝光后发生光分解反应,分解为可溶解性物质;负型抗蚀剂经曝光后则发生聚合反应,生成不可溶物质。按曝光光源光致抗蚀剂可分为:紫外光致抗蚀剂、远紫外光致抗蚀剂、电子束光致抗蚀剂、X 射线光致抗蚀剂和离子束光致抗蚀剂。商品光致抗蚀剂一般由三部分组成:①光敏性树脂或光敏性的树脂体系; ②增感剂;③溶剂。光敏性树脂是其最主要的组份, 本节主要介绍光敏性树脂的合成工艺。
光刻质量的高低, 主要取决于光致抗蚀剂性质的好坏。一般要求抗蚀剂具备如下条件:①容易形成均匀的薄膜;②对光或射线的灵敏度高;③形成图象的清晰度或分辨率高;④显影时应该除去的部分能迅速地溶解掉;⑤作为图象的保护膜应具有一定的牢度和强度;⑥不含杂质;⑦贮存稳定性好;⑧具有与细微光刻要求相适应的化学和物理特性。
第二节光致抗蚀剂
三、负光性致抗蚀剂
⑴聚肉桂酸酯类
聚肉桂酸酯类光致抗蚀剂的特点是在感光性树脂分子的侧链上带有肉桂酸基感光性官能团, 例如聚乙烯肉桂酸酯、肉桂酸纤维素、间苯二甲酸——甘油缩聚物肉桂酸酯以及其它含有肉桂酸基官能团的高分子化合物等。其中聚乙烯醇肉桂酸酯是研究较早并广泛使用的光刻胶品种, 它是一种浅黄色的纤维状固体, 属线状高分子聚合物, 能溶于苯、甲苯、氯苯、二甲苯等芳香族溶剂和丙酮、丁酮、环己酮、三氯乙烯、醋酸溶纤剂等脂肪族溶剂以及环己烷等脂环族溶剂中,常用溶剂为环己酮。
第二节光致抗蚀剂
⑵聚酯类
聚酯类感光性树脂系二元醇和二元酸的缩合产物。在这类感光性树脂分子的侧链上带有共轭双键的感光性树脂可由二元醇(HO-R-OH)和二元酸R,-CH=CH-CH=C(COOH)2直接进行缩聚制成,或由二元醇和相应的二元酸交换反应而制成。适宜的二元酸为肉桂叉丙二酸、2-丁烯叉丙二酸、邻硝基肉桂叉丙二酸、2-呋喃甲叉丙二酸等。用作光刻胶组分的典型聚酯有聚肉桂叉丙二酸乙二醇酯和聚肉桂叉丙二酸-1,4-丁二醇酯等。这类感光性树脂能溶于氯仿、酮类、吡啶、乙酸溶纤剂等有机溶剂中。在紫外线的