книги из ГПНТБ / Мазель Е.З. Планарная технология кремниевых приборов

критичны; здесь можно не бояться перепроявлемия, столь опасного для позитивных резистов. Спектральное распределение коэффициента поглощения негативных резистов имеет один максимум, причем у ФН-ЗТ и ФН-5Т он сдвинут довольно далеко в область коротких волн и лежит около 300 нм. Негативные резисты обла­ дают гораздо более высокой щелочестойкостыо, нежели

циннамата имеет вид спирали, расстояние между вит­ ками которой изменяется с температурой. С увеличе­ нием температуры спираль как бы раскручивается, т. е. радиус витков растет, а межвитковое расстояние умень­ шается. При этом, очевидно, появляются дополнитель­ ные возможности для создания поперечных связен. В работе [Л. 5-16] высказана гипотеза о том, что у поли­ меров с подобными спиральными молекулами максимум адгезии к поверхности металлических подложек дости­ гается' при совпадении расстояния между витками с по­ стоянной решетки подложки. У поливинилциннамата,

как утверждает автор работы, действительно при такой температуре сушки обеспечивается наилучшее качество фотолитографии на платине. Кроме того, при 125°С поливинилциннамат переходит из стеклообразного со­ стояния в эластичное, и интенсивность образования связей с подложкой особенно велика.

Негативные фоторезисты на основе каучуков имеют также спиралеобразное строение молекул, но отлича­

о

3,10 А при температуре 155°С, соответствующей точке размягчения каучука. Это охватывает значения постоян­ ных решеток почти всех материалов, применяемых в ка­ честве подложек. Разрешающая способность у негатив­ ных резистов обоих типов такова, что позволяет уве­ ренно проявлять линии шириной 2,5—5,0 мкм и менее воспроизводимо — шириной около 2,0 мкм (при тол­ щине слоя от 0,4 до 0,9 мкм). Отметим, что у фото-

222

резистов на основе каучуков при больших молекуляр­ ных весах (около 50—70 тыс.) появляется зависимость чувствительности от среды, в которой проводится экспо­ нирование. Так, для фоторезиста KTFR, представляю­ щего собой циклизированный цис-полиизопреновый каучук с бисазидом, отмечено, что при экспонировании на воздухе или в кислороде чувствительность в 2 раза меньше, чем в нейтральной среде азота [Л. 5-17]. Влия­ ние кислорода связывается с подавлением реакции образования свободных радикалов при разрыве двой­ ных связей в цепи полимера: чем выше молекулярный вес, тем сильнее проявляется этот эффект.

Фотошаблоны, используемые для изготовления планарных при­ боров, представляют собой, как было показано на рис. 1-4, пластинки из оптического стекла со множеством изображений какого-либо эле­ мента прибора — коллекторной, базовой или эмиттерной области, кон­ тактных окоп, соединительных дорожек и т. д. Эти изображения повторяются со строго определенным шагом, для того чтобы у всех фотошаблонов, необходимых для создания прибора, элементы точно совмещались. Важно подчеркнуть тот факт, чго для изготовления пленарного прибора используется единый комплект совмещающихся фотошаблонов, и, если один из шаблонов комплекта вышел из строя, его во избежание несовмещенности заменяют другим, изготовленным на том же самом оборудовании, или же изготавливают новый комп­ лект.

В производстве планарных приборов почти всегда имеют дело с шаблонами, у которых изображения получены травлением метал­ лической пленки, напыленной на стеклянную пластинку. Изображения на таком шаблоие-копни создают с помощью контактной перепечатки эталонного фотоэмульсионного шаблона. В свою очередь эталонные шаблоны изготовляют на сложном оптико-механическом оборудова­ нии. В нашу задачу не входит подробное описание процесса разра­ ботки и производства точных фотошаблонов — сведения по этому вопросу можно найти в работах [Л. 5-22—5-24]. Рассмотрим типовую схему изготовления комплекта шаблонов (рис. 5-'14), для того чтобы дать представления о возможностях современного оборудования и характеристиках получаемых на нем шаблонов.

элементов, т. е. основная информация, а также информация об осо­ бенностях изготовления и контроля шаблонов, ее молено назвать вторичной. Ошибка в техническом задании весьма опасна, если учесть большие сроки изготовления и высокую стоимость комплекта. В тех­ ническое задание включают указания о типе каждого шаблона, т. е. содержит ли он прозрачные элементы на темном поле или, наоборот, непрозрачные на светлом. Тип шаблона нужно указывать как для выбора условий фотографии, так и для контроля опасных дефектов. Далее указывают сведения о мультиплицировании элементов на шаб-

323

под действием ультразвуковых колебаний [Л. 5-30]; по количеству растравленных элементов определенной формы [Л. 5-31]; по предель­ ной нагрузке, при которой слой резиста разрушается до подложки в процессе скрайбированпя иглой [Л. 5-32]; по времени проникнове­ ния проявителя сквозь слой фоторезиста до подложки [Л. 5-33]. Все эти методы страдают неоднозначностью и, главное, не позволяют

Т а б л и ц а 5-1

Система классификации фотошаблонов

определять свойства поверхности подложек до проведения фотолито­ графии. В какой-то мере судить a priori об адгезии слоя и качестве фотолитографии можно по смачиваемости подложки фоторезистом. Для оценки смачиваемости пригодны измерения диаметра растекаю­ щейся капли фоторезиста [Л. 5-31] или краевого угла смачивания подложки фоторезистом 0ф. Поскольку мы стремимся к малым зна­ чениям 0ф, которые трудно измерять, удобнее пользоваться для оценки свойств поверхности подложки измерениями краевого угла смачизания водой 0П . Угол 0В дает косвенную информацию об ад­ гезии слоя фоторезиста, указывая на степень смачиваемости подлож­ ки водными растворами травителей: чем меньше 0П , тем больше подтравливание под рельеф из фоторезиста. Наоборот, подготовив под­ ложку так, чтобы угол смачивания водой был большим, мы обеспе­ чим хорошее качество фотолитографии.

В настоящее время методику измерений угла Ов довольно широ­ ко применяют для оценки свойств поверхности пластин кремния; достаточно высокая чувствительность методиик позволяет контроли-

226.

Т а б л и ц а 5-2

Х а р а к т е р и с т и к и п о в е р х н о с т н ы х с в о й с т в основных т и п о в подложек

теле, 5 шш

228

тивно поглощает влагу. Возможно также образование на поверхности

резко улучшается. К сожалению, регулировать долю Р2О5 в стекле

550 °С. Боросиликатные стекла характеризуются заметно большими углами смачивания: 0в =33-=-4О°.

Высокотемпературную термообработку стекол, аналогичную приве­

сушка в течение 30 мин, увеличивающая у фосфорно-силикатных сте­ кол угол смачивания водой с 15 до 35°. В работе [Л. 5-36] предла­ гается обрабатывать фосфорно-силикатные стекла в растворах органохлорсиланов — фенилтрихлорсилана или диметилдихлорсилана. Органохлорсиланы реагируют с гидроксильными группами, в резуль­ тате чего образуется НС1, а на поверхности вместо ОН остаются органосилоксановые молекулы. В результате адгезия резиста к под­ ложке улучшается. Примерная последовательность обработки такова: в 1—10%-ный раствор диметилдихлорсилана в трихлорэтилене по­ гружают подложки, затем следует промывка органическим раство-

229

рителем, удаляющим НС1. На поверхности образуется монослой кремнийорганического полимера. После термообработки подложки npnil80°C в течение 30 мин наносят фоторезист обычным способом.

Пленки алюминия характеризуются большим разбросом поверх­ ностных свойств. Если на двуокиси кремния н примесио-силикатных стеклах угол омачивания подложки фоторезистом близок к нулю, то на алюминии он может достигать 20°. На такие пленки слой фоторезиста наносится плохо и часто нарушается при проявлении. Колебания поверхностных свойств алюминия, вероятнее всего, связа­ ны с условиями напыления, когда пленку загрязняют остатки вакуум­ ного масла и материал испарителя. Одним из средств борьбы с не­ стабильностью свойств пленки является напыление алюминия элек- троино-лучевым методом из капли расплава >(см. гл. 7).

-30 кВ

В)

19

15-V г иг

Рис. 5-16. Способы нанесения фоторезистов.

в процессе фотолитографии, можно перейти к описанию самих технологических операций и оборудования, при­ меняемого для их выполнения (см. рис. 5-13).

Наиболее распространенным методом нанесения сло­ ев фоторезиста на подложки является центрифугирование

230

(рис. 5-16,я). При включении центрифуги жидкий фоторе­ зист растекается под действием центробежных сил. При­ легающий к подложке пограничный слой формируется за счет уравновешивания центробежной силы, пропор­ циональной числу оборотов, и силы сопротивления рас­ теканию, зависящей от когезии молекул резиста. С не­ которой точностью когезия отражается вязкостью раст­ вора, так что можно записать (Л. 5-37]:

слоя примерно равна толщине пограничного. Подобные представления о формировании слоя фоторезиста спра­ ведливы для обычно применяемых диапазонов значений

Если резист подается из дозатора или капельницы на неподвижную подложку, время между нанесением жид­ кого резиста и включением центрифуги должно быть минимальным (0,5—1 сек), чтобы вязкость резиста не менялась в результате испарения растворителей.

При центрифугировании на краю подложки возника­ ет утолщение—валик, ширина и высота которого зави­ сят от вязкости резиста, скорости вращения центрифуги и формы подложки (например, на некруглых подлож­ ках особенно трудно избавиться от валика). Не следует думать, что для фоторезиста любой вязкости можно подобрать такие скорости вращения, чтобы достичь тре­ буемой толщины слоя. Например, попытка получить толстые слои на резистах с малой вязкостью за счет снижения скорости вращения приведет к резкому возра­ станию ширины валика, так что придется увеличивать и вязкость и скорости нанесения. Вообще центрифугиро­ ванием трудно получить с достаточной равномерностью

231