光刻工藝中為什么正膠比負(fù)膠使用較多？

在現(xiàn)代集成電路制造中，正光刻膠（Positive Photoresist）是絕對(duì)的主流選擇，尤其在先進(jìn)制程（如 28nm、16nm、7nm 及以下）中，絕大多數(shù)關(guān)鍵層都使用正光刻膠。

1. 分辨率與線寬控制

正膠的成像原理

1. 1. 正膠經(jīng)過曝光后會(huì)發(fā)生分子鏈斷裂，曝光區(qū)域更易溶于顯影液，最后留在晶圓表面的是“未曝光區(qū)域”。這種方式最顯著的優(yōu)勢(shì)之一是分辨率高，能夠在更短波長(zhǎng)（例如 193nm 甚至 EUV 13.5nm）下成像出更細(xì)微的線寬，滿足納米級(jí)器件制造需求。

負(fù)膠的分辨率極限

1. 對(duì)于負(fù)膠，被曝光的區(qū)域會(huì)發(fā)生交聯(lián)或硬化而殘留，分辨率通常不及正膠；其在微納級(jí)以下的細(xì)節(jié)表現(xiàn)力有限，難以滿足先進(jìn)制程小線寬的要求。在要求不高或宏觀線寬較大的情形（如 MEMS、顯示面板大圖形加工）中，負(fù)膠仍有一些應(yīng)用，但并不適合先進(jìn)CMOS工藝核心層的極精細(xì)圖形。

2. 光源與光刻膠敏感性

光源匹配性

1. 1. 光刻膠與光源波長(zhǎng)緊密關(guān)聯(lián)。自 i線（365nm）、KrF（248nm）到 ArF（193nm）再到 EUV（13.5nm），正膠的配方與分子設(shè)計(jì)不斷演進(jìn)，形成了完善的材料體系與成熟的工藝窗口。負(fù)膠也能針對(duì)部分波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在主流工藝設(shè)備和工藝線中，正膠有著更好的生態(tài)體系和量產(chǎn)驗(yàn)證。

高分辨率需求的推動(dòng)

1. 芯片制程從微米跨入納米時(shí)代后，對(duì)光刻膠的感光度、分辨率、工藝容忍度等要求越來(lái)越嚴(yán)苛。成熟的正膠材料可配合多重曝光、浸沒式光刻等工藝，持續(xù)延伸至 7nm、5nm 等技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

3. 工藝靈活性與反向顯影

正膠負(fù)顯影（PTD）

1. 1. 在先進(jìn)制程（16nm/14nm 及以下）中的通孔和金屬層，出現(xiàn)了將“正膠”配合“負(fù)顯影液”的反向顯影工藝。其基本思路是：對(duì)正膠進(jìn)行曝光后，使用特殊配方的負(fù)顯影液溶解未曝光的區(qū)域，最終留下的是曝光過的圖形。這一反向操作能在某些工藝層中得到更高的圖形對(duì)比度和更好地控制溝槽尺寸，進(jìn)一步印證正膠體系的靈活性與拓展性。

負(fù)膠的應(yīng)用局限

1. 在標(biāo)準(zhǔn) CMOS 流程中，若需做大面積掩蔽層或粗線寬結(jié)構(gòu)，負(fù)膠偶爾也會(huì)被考慮。但在工藝的最關(guān)鍵層和先進(jìn)線寬環(huán)節(jié)，正膠仍是主力。負(fù)膠工藝窗口窄、圖形邊緣控制不如正膠精細(xì)，大規(guī)模推廣受到限制。

4. 結(jié)論：正膠為何是主流

分辨率：能夠?qū)崿F(xiàn)更窄線寬，更適合先進(jìn)制程。

材料配方成熟：在主流光源（i線/193nm/EUV）都有完善的正膠家族，產(chǎn)業(yè)鏈與設(shè)備配套成熟。

工藝可擴(kuò)展性：正膠通過多重曝光、浸沒式光刻以及負(fù)顯影等改進(jìn)手段，能夠滿足日益微縮的線寬要求。

應(yīng)用范圍廣：無(wú)論是邏輯工藝（CPU、GPU）還是存儲(chǔ)器（DRAM、NAND）等，對(duì)高分辨率和高套準(zhǔn)精度的需求都使得正膠成為首選。

綜上所述，在集成電路制造領(lǐng)域，正光刻膠因?yàn)槠涓叻直媛?、穩(wěn)定的材料體系以及靈活的工藝擴(kuò)展性，已成為從微米級(jí)到深亞納米級(jí)線寬所普遍采用的主流方案。負(fù)光刻膠雖然在某些特定領(lǐng)域或較粗線寬的應(yīng)用中仍然可見，但在先進(jìn) CMOS 制程中所占的比重相對(duì)很小，難以撼動(dòng)正膠的主導(dǎo)地位。

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