Фотолитография

Литография – это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.

Процесс литографии состоит из двух стадий:

- формирование необходимого рисунка элементов в слое актиночевствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением;

- травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную технологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании.

В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO₂ и нитрата Si₃N₄ кремния, а межсоединений – пленки некоторых металлов. Все пленки называют технологическим слоем.

В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии:

- фотолитографию (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения λ = 250: 440 нм);

- рентгенолитографию (длина волны рентгеновского излучения λ = 0. 5: 2 нм);

- электронолитографию (поток электронов, имеющих энергию 10 – 100 КэВ или длину волны λ = 0. 05 нм);

- ионолитографию длина волны излучения ионов λ = 0. 05: 0. 1 нм).

В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контрактными и проекционными, а также непосредственной генерации всего изображения или мультипликации единичного изображения. В свою очередь, проекционные методы могут быть без изменения масштаба переносимого изображения (М1: 1) и с уменьшением его масштаба (М10: 1; М5: 1).

В зависимости от типа используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные.

Фотолитография – технологический процесс производства полупроводниковых приборов и интегральных схем, позволяющих создавать приборы с высокими электрическими характеристиками, получать микроизображения любой сложной формы и легко изменять конфигурацию прибора, а также вытравливать меза- и другие структуры в объеме германия, кремния и др. процесс фотолитографии заключается в том, что на поверхности пластины полупроводникового материала выращивают слой окисла (на рис. а), на который наносят тонкий слой особого светочувствительного состава – фоторезистора (рис. б), затем светочувствительный слой экспонируют через специальный трафарет (фотошаблон) с множеством изображений рабочих областей будущего прибора (рис. в и г). Под действием света фоторезист изменяет свои свойства, и в результате проявления (рис. д) на поверхности пластины получают защитный рельефный слой, повторяющий рисунок фотошаблона. При дальнейшем травлении химическому воздействию подвергаются только незащищенные участки полупроводниковой пластины (рис. е); оставшийся фоторезист удаляют (рис. ж и з).

При фотолитографии применяют различные материалы: фотографические (для получения на поверхности полупроводниковых пластин светочувствительных слоев – фотоэмульсии); химические (растворители, проявители, закрепители) и электроизоляционные (оптическое стекло, краски, эмали, лаки).

Основное значение фоторезистов – образование на поверхности полупроводниковой пластины тонкой защитной пленки нужной конфигурации, получающейся в результате светового воздействия. После проявления часть пленки (нужный рисунок) фоторезиста остается на поверхности полупроводниковой пластины и является маской для дальнейших технологических операций (травлений, вакуумного и гальванического осаждения металлов и др. ). в основе создания рельефа на поверхности полупроводниковой пластины с помощью фоторезистов лежат фотохимические реакции фотоприсоединения и фоторазложения.

Параметры и свойства фоторезистов. Светочувствительность – величина, обратная экспозиции, требуемой для перевода ФР в растворимое или нерастворимое (в зависимости от того, позитивный или негативный резист) состояние.

Разрешающая способность – максимально возможное количество полос ФР, разделенных промежутками такой же ширины, на 1 мм.

Кислотостойкость – это способность слоя фоторезиста защищать поверхность подложки от воздействия кислотного травителя. Критерием кислотостойкости является время, в течение которого фоторезист выдерживает действие травителя до момента появления таких дефектов, как частичное разрушение, отслаивание от подложки, локальное точечное расстравливание слоя или подтравливание его на границе с подложкой.

Адгезия – это способность слоя фоторезиста препятствовать проникновению травителя к подложке по периметру создаваемого рельефа элементов. Критерием адгезии является время отрыва слоя фоторезиста заданных размеров от подложки в ламинарном потоке проявителя. В большинстве случаев адгезию считают удовлетворительной, если слой фоторезиста 20 * 20 мкм² отрывается за 20 мин.

По способу образования рисунка на поверхности полупроводниковой пластины фоторезисты делятся на негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием света образуют нерастворимые участки, после проявления остаются на ее поверхности, а рисунок на поверхности пластины представляет негативное изображение оригинала. Позитивные фоторезисты, наоборот, под действием света образуют растворимые участки, а рисунок на поверхности пластины точно повторяет оригинал.

Для полного удовлетворения нужд планарной и эпитаксиальной технологии в полупроводниковом производстве используют как негативные, так и позитивные фоторезисты. Только сочетание этих фоторезистов позволяет изготавливать полупроводниковые приборы и интегральные схемы с высокими электрофизическими параметрами.

В качестве негативного фоторезиста в полупроводниковой технологии используют состав на основе сложного эфира поливинилового спирта и коричной кислоты – поливинилциннамат (ПВЦ). Синтез ПВЦ обычно осуществляют, перемешивая суспензию поливинилового спирта и хлорангидрида коричной кислоты в пиридине. Готовый полимер тщательно отмывают от следов пиридина.

Другой способ получения ПВЦ исключает использование пиридина. Одномолярный раствор поливинилового спирта и четырехмолярный раствор едкого натра смешивают с метилэтилкетоном, а затем полученный раствор смешивают со вторым раствором, состоящим из метиэтилкетона, толуола и хлорангидрида коричной кислоты, взятых в соотношении 1. 6: 0. 24: 1. смесь охлаждают до температуры – 5⁰С, перемешивают в темноте в течение 1. 5 ч, а затем отстаивают. В результате отстоя смесь расслаивается на два слоя, из которых нижний удаляют, а в верхний вводят сенсибилизирующие добавки.

В качестве позитивных фоторезистов в полупроводниковой технике используют составы на основе хинондиазидов и диазосоединений (НХДА), действие которых заключается в легко протекающей замене диазогруппы на другие функциональные группы, в результате чего изменяются физико-химические свойства пленки фоторезиста.

Широкое применение в полупроводниковой фотолитографии нашел состав фоторезиста на основе 1, 2-нафтохинондиазида (2)-5-сульфоэфира новолака.

Экспонирование и проявление в процессе ФЛ неразрывно связаны между собой.

Для экспонирования в ФЛ используют проекционный метод переноса изображения путем одновременной передачи изображения ФШ на всю технологическую площадь.

Характеристики установок для совмещения в экспонировании.

Модель	Размер обрабатываемых пластин, мм	Размер фотошаблона, мм	Точность совмещения, мкм	Производительность, шт. /ч	Примечание
УСПЭ-2	60480, 6	120901, 5			Увеличение микроскопа -50Х, 80Х, 160Х. Время экспонирования 0, 1 с …4 мин.
ЭМ-517А	60480, 5	70*70 (3…10)	±5		Время экспонирования 0, 1…59, 9 с
УПСЭ-1 ДЕМ. 207. 002	6048 (0, 5…0, 6)	1009010			Общее увеличение микроскопа МБС-2…87, 5Х. Время экспонирования в автоматическом режиме (8…240) с, в ручном – 240 с.
ЭМ-512А	40 – 60 (толщина 0, 1…0, 5)	9090 (3…7) 7070 (3…10)			Время экспонирования 0, 5…99, 9 с. Минимальный размер элемента и зазора между элементами 5 мкм. Входит в линию ДЕМ. 142000
ЭМ-524	30-40 (толщина 0, 15…0, 5)	10010010	1, 5		Минимальный размер элемента и зазора между элементами 5 мкм. Время экспонирования 1…200 с. Метод совмещения – проекционный.
ЭМ-526	40…60	7070(3…10)100100 (3…10)	0, 6		Минимальный размер элемента и зазора между элементами 2…3 мкм. Время экспонирования 0, 5…59, 9 с.
ЭМ-544	40…60	7070(3…10)100100 (3…10)			Минимальный размер элемента 5 мкм. Установка с фотоэлектрическим контролем.
УСП-03		До 50	-	0, 5	Общее увеличение 20…400Х.

При проявлении контролируют температуру и величину рН проявителя. При изменении величины рН всего лишь на десятую долю, возможно, изменение размера элемента примерно на 10%.

Сушка проявленного слоя проводится при температуре 393…453 К. температура и характер ее изменения во время сушки также определяют точность передачи размеров изображений.

Для удаления ФР используют деструкцию полимера (например, сульфированием в серной кислоте); обработку в органических растворителях, плазмохимическую, термическую или фототермическую обработку, сводящуюся в основном к окислительной деструкции в кислороде или кислородосодержащих газах.

⇐ Предыдущая 1 23