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

использована повторная фотолитография после вытрав­ ливания стекла: наносят снова резист и применяют фотошаблон с более узкими окнами (рис. 5-22,6). Дру­ гой способ заключается в вытравливании окон в окисле

до нанесения фосфорно-силикатного стекла и аналогич­ ной повторной фотолитографии по стеклу (рис. 5-22,в). Хорошее качество фотолитографии фосфорно-силикаг- ных стекол обеспечивает применение резистов, приго­ товленных на смеси резольиых и новолачных смол, на­ пример ФП-РН-7. Следует отметить, что при травлении;

242

очень важно стабилизировать температуру травителя с точностью не хуже ± 2 ° С .

В табл. 5-3 приводятся практические сведения о трав­ лении подложек различного типа, используемых в пла­

70 "С

4)Н 3 РО, (1 мл); СНзСООН (2 мл); персульфат аммония (1 г); Н а О (1 мл)

ФП-РН-7

Удаление с подложки рельефа из фоторезиста завер­ шает фотолитографический цикл. Используются в основ­ ном химические и термические способы; в последнее время применяется окисление в ВЧ плазме кислорода. Для химического удаления рельефа с окисла может ре­ комендоваться кипячение в серной, азотной кислотах,

смеси сериой кислоты и 30% перекиси водорода (3:1) [Л. 5-49]. Хорошее качество удаления с алюминия обе­ спечивает двукратная обработка в нагретой до 70—80°С смеси 1:1 диметилформамида (или ацетона) с моноэтаноламином. Возможно также использование холодной хромовой смеси или азотной кислоты, мало травящей алюминий. В тех случаях, когда это позволяет техноло­ гия прибора, можно удалять фоторезист в потоке кисло­ рода (100 л/мин) при температуре 700°С, причем для полного удаления резиста достаточно 5—15 мин. Окис­ ление в ВЧ плазме кислорода проводится в следующем

5-5. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ О С О Б Е Н Н О С Т И ФОТОЛИТОГРАФИИ ПЛАНАРНЫХ ПРИБОРОВ

Важным достоинством пленарной технологии являет­ ся создание сложных приборов с предельно высокими параметрами. В первую очередь это относится к получе­ нию элементов с особо малыми размерами и зазорами между элементами, причем такие элементы располагают на все большей площади и дефект одного из них приво­ дит к ухудшению всего прибора. Отсюда вытекают спе­ цифические задачи фотолитографии планарных прибо­ ров: получение изображений с микронными и субмик­ ронными размерами; достижение предельной точности совмещения изображений; обеспечение минимальной плотности дефектов на больших критических площадях.

Рассмотрим трудности, встречающиеся при решении

244

Если непосредственно в плоскости фотошаблона рас­ пределение интенсивности света равномерно вдоль раз­ мера окна, то по мере удаления от этой плоскости рас­ пределение становится все более неравномерным, приоб­ ретая форму известной кривой [Л. 5-50] с несколькими убывающими по высоте дифракционными максимумами. Изменение интенсивности по отношению к начальной величине Е0 описывается функцией вида

Угол ср в выражении (5-28) соответствует тому углу,

245

отклоняется на малый угол, и увеличение времени экс­ понирования при всех прочих постоянных факторах при­ ведет к небольшому увеличению размеров изображения.

чаемся с гораздо большим увеличением размеров, объ­

показано, интенсивность и ширину луча в зазоре и слое резиста считать неизменной уже нельзя. Поэтому, па-

ной кривой распределения интенсивности и соответст­ венно увеличиваем размеры проявленного изображения. При некотором оптимальном времени можно достичь точной передачи размеров (кривая 2 на рис. 5-23), а за­ тем и увеличения размеров окна. Максимальное увели­ чение размера определяется, очевидно, положением пер­

2 46

ния, покрытого слоем окисла, можно подсчитать интен­ сивность отраженного света:

и убедиться в том, что она достаточно высока. Учет яв­

Итак, при контактной фотолитографии для обеспече­ ния хорошей передачи изображений с малыми размера­ ми необходимо уменьшать зазор между фотошаблоном и слоем резиста, а также снижать толщину самого слоя. Для уменьшения зазора стараются использовать особо плоские фотошаблоны и подложки. Не следует забывать,

фотолитографии, при которой объектив формирует изо­ бражение более благоприятным образом, чем в случае контактной фотолитографии. Например, помещая пло­ скость наиболее резкого изображения внутрь слоя фоторезиста, можно достичь более точной передачи раз­ меров. Здесь, однако, возникают свои трудности. Для проекционной фотолитографии нужны сложные объекти­ вы, позволяющие получать малые элементы на большом поле. Для того чтобы снизить оптические искажения, такие объективы рассчитывают на определенный интер­ вал длин волн. При экспонировании излучением, близ­ ким к монохроматическому, в резисте могут возникать интерференционные явления. В частности, свет, отра­ жающийся от поверхности слоя резиста, может интерфе­ рировать со светом, отразившимся от подложки: интен­ сивность света, отраженного от кремния, достигает 0,53 от падающего. Для отражения от резиста эта величина составляет 0,11 от интенсивности падающего света, т. е. явления интерференции должны играть определенную роль. Высказывались предположения [Л. 5-52] о том, что

247

нечетному числу полуволн, отраженные пучки будут на­ ходиться в противофазе, и слой поглотит -большую энер­ гию. Отсюда следует, что за счет колебаний толщины слоя фоторезиста или окисла по полю подложки могут появляться при одной и той же выдержке участки, недоэкспонированные или переэкспонированиые. За счет интерференции стоячие волны могут возникать и в самом

ность повреждения слоя резиста и фотошаблона. На по­ верхности эпитаксиальных структур часто встречаются пирамидальные выступы; сами полупроводниковые под­ ложки имеют, как уже отмечалось, неплоскую поверх­ ность, и, наконец, между шаблоном и резистом могут попадать инородные частицы значительных размеров, в первую очередь осколки кремния и стекла. Эти причи­ ны вынуждают нас увеличивать величину зазора. Одна­ ко зазор не может быть больше глубины резкости микроскопа, используемого для совмещения. Малые раз­ меры элементов и высокая точность совмещения в пла­

248

бина резкости А/ обратно пропорциональна квадрату апертуры А:

Определенным выходом из положения является пере­ ход от визуального совмещения к фотоэлектрическому, при котором понятия глубина резкости практически не существует. Но для фотоэлектрического совмещения не­ обходимо создавать на подложке маркерные знаки с достаточным контрастом. Фотометрические характе­ ристики и размеры маркерных знаков должны оставать­ ся неизменными в процессе всех технологических обра­ боток, т. е. при травлении, диффузии, напылении метал­

получение особо малых элементов является проблемой научно-исследовательского этапа или этапа опытного производства, дефекты же непосредственно определяют уровень массового выпуска планарных приборов. Так, например, проведенные исследования видов брака, встре­ чающихся при серийном производстве планарных тран­ зисторов среднего класса, показали, что примерно 80% забракованных на пластине структур вышли из строя или ухудшили характеристики из-за дефектов фотолито­ графии, в первую очередь дефектов шаблонов. В слож­

Рассмотрим подробно связанные с фотолитографией причины возникновения брака. Для планарных прибо­ ров наиболее опасны дефекты, выражающиеся в нару­ шении качества маскирующего покрытия, чаще SiOj.

Дефектом в общем случае следует считать либо от­ сутствие маскировки там, где она необходима, либо, на­ оборот, наличие маскирующих участков в неположенных местах. Следствием первой ситуации служат проколы и более крупные отверстия в окисле, а также вырывы на краю окисного рельефа. Дефекты второго рода — ост­ ровки окисла в окнах и выступы на краях окисного

249

рельефа. Колебания размеров изображения можно также рассматривать как дефекты, выражающиеся в изменении качества маскировки по границам элементов.

процессах окисления или диффузии, например при уда­

анализ взаимосвязей между технологическими опера­ циями и их влиянием на параметры приборов.

При изучении подобной схемы взаимодействия диф­ фузии, локальных дефектов п параметров структуры логично выделить три основные группы приборов, раз­ личающихся по типу технологического процесса:

транзисторы с неоднородной базой, полученные двой­ ной диффузией (это классическая технология изготовле­ ния большинства транзисторов);

транзисторы с однородной базой, полученные на раз­ нотипных эпитаксиальных структурах с последующей изолирующей диффузией. Отметим, что изолирующая диффузия широко используется также в технологии ин­ тегральных схем;

полевые приборы (в основном типе МОП) с одинар­ ной диффузией.

Критические области для каждой группы заметно отличаются по своему тину; внутри же группы изменя­ ются только количественные характеристики критических областей. Конфигурация критической области меняется, естественно, на каждой операции фотолитографии. Точ­ но так же различаются по группам тип и допустимый размер локальных дефектов — проколов в окисле и ост­ ровков окисла.

Проанализировав взаимодействие операций диффу­ зии и фотолитографии (считая, что именно фотолитогра­ фия вносит локальные дефекты), можно вывести следу­ ющие положения:

1. Операции создания эмиттера, стока и истока всег­ да сводятся к диффузии в окно, вытравленное в пленке окисла. Опасным дефектом здесь является островок окисла с размерами, соизмеримыми с глубиной диффузи­ онного слоя.

2. Операция создания базы в классических транзи­ сторах аналогична операции создания эмиттера; разлй-

250

чие заключается в том, что здесь могут допускаться островки несколько большего размера. Допустимый раз­ мер островка при создании базы в транзисторах с двой­ ной диффузией .и эмиттера в любых транзисторах можно определить, предположив, что край .перехода .под окис­ лам имеет цилиндрическую форму. Отметим .при этом, что форма диффузионного слоя у краев окисловой гра-

Окисел

РИС. 5-25. Критические области и опасные дефекты при фотолито­ графии базы в транзисторах с двойной диффузией.

ницы может изменяться из-за перераспределения при­ меси между кремнием и окислом, так что следует скорее говорить о какой-то (приближенной модели дефекта, под­ вергаемой последующей проверке экспериментом.

На рис. 5-25 приведены в качестве примера конфигу­ рации критических областей и опасные дефекты для фотолитографии базы в транзисторах с двойной диффу­ зией.

В табл. 5-4 показано, как для конкретной операции фотолитографии и данного типа прибора можно прогно­ зировать появление того или иного вида брака по элек­ трическим параметрам.

ме) в приборах второй группы, где для этой цели исполь­ зуется изолирующая диффузия. Здесь критический де-

251