Осаждение материала активного слоя на маску с вертикальными боковыми стенками

При формировании элементов микрорисунка методом взрывной литографии необходимо выполнение двух требований, предъявляемых к процессу осаждения материала активного слоя: эффективное заполнение конфигураций в резисте микронных и субмикронных размеров, т.е. наиболее точный перенос рисунка с резистивной маски на активный слой, и удовлетворительное покрытие ступенчатого рельефа подложки. Выполнение первого требования возможно только при строго перпендикулярном по отношению к подложке осаждении атомов материала активного слоя, что, в свою очередь, ведет к плохому покрытию ступеньки, а также при низком вакууме и комнатной температуре подложки.

Из-за эффектов интерференции, рассеяния и образования стоячих волн во время экспозиции реальный угол наклона боковой стенки по отношению к подложке составляет не 90, а 75-80°.

Температура подложки не должна превышать температуру предшествующей термообработки резиста, чтобы избежать дегазации последнего и свести к минимуму миграцию атомов осаждаемого материала по подложке. Скорость осаждения следует поддерживать достаточно низкой, чтобы разогрев подложки за счет теплоты конденсации атомов осаждаемого материала не приводил к деформации резистивной маски.

Для улучшения адгезии необходимо повышать температуру подложки в пределах, не вызывающих изменения угла наклона боковой стенки маски. Для позитивных фоторезистов эта температура лежит в пределах 363 – 373 К. На рис.3 представлен типичный профиль активного слоя, осажденного на резистивную маску, который получен методом математического моделирования. Угол наклона боковой стенки маски, а также угол осаждения отличны от 90°. Если угол падения атомов осаждаемого материала меньше 90°, то на границе раздела маска – подложка образуется область затенения, в которой толщина осаждаемого слоя меньше, чем на подложке. По мере отклонения от нормали углов падения осаждаемых атомов и наклона стенки маски возрастает толщина слоя материала на боковой стенке, что затрудняет реализацию взрывной литографии, требующей максимального отношения толщины слоев материала, осажденных на подложку (Т) и край маски (D). Величина отношения T/D зависит от величины  и угла падения атомов на подложку. Она максимальна при значении угла осаждения, превышающем 90° - , поэтому необходимо увеличивать значение  , чтобы снять ограничения, связанные с системой осаждения.

Рис.3. Типичный профиль активного слоя

Осаждение материала активного слоя на резистивную маску с нависающим краем

Использование резистивной маски с нависающим краем позволяет производить осаждение металла с помощью планетарного механизма вращения подложек, а также формировать элементы межсоединений с закругленным профилем, обеспечивающим хорошее покрытие ступенек. Осаждение атомов испаряемого материала под различным углом к подложке приводит к некоторому увеличению размеров элементов микрорисунка, по сравнению с соответствующими размерами окон в маске, т.е. эффекту, противоположному подтравливанию, которое характерно для метода формирования микрорисунка химическим травлением.

С ростом толщины маски от 0.7 до 2.0 мкм наклон дорожек металлизации становится более плавным, однако увеличивается и уход размера элемента под нависающий край. Это обусловливает увеличение расстояния между элементами. Уход размера относительно края маски возрастает с увеличением _max. Угол между линией АВ, проходящей через край маски и нижний край элемента, и нормалью к подложке (см. рис.4 ) всегда равен _max, поэтому размер нависающего края маски D₁:

а расстояние между краем маски и верхним краем элемента D₂ определяется формулой:

где Hm – толщина нависающего края, Hp – толщина пленки от подложки до нависающего края.

Из уравнений _ и _ ширина наклонной части D равна:

т.е. она не зависит от толщины слоя металла.

Рис. 4. Профиль элемента микрорисунка в зависимости от толщины активного слоя при толщине 1,1 мкм

Рис. 5. Определение усредненного угла наклона боковой стенки элемента микрорисунка

Важным параметром многоуровневой системы межсоединений является угол наклона боковой стенки ее элементов  (рис.5 ), который может быть вычислен по формуле:

Следовательно, профиль формируемых элементов можно контролировать соответствующим подбором входящих в уравнение ( ) величин.

Метод взрывной литографии довольно точно передает размеры резистивной маски, однако при субмикронных размерах начинает сказываться эффект затенения при осаждении материала активного слоя.

В зависимости от размеров маски, можно выделить три типа сечений формируемых элементов (рис.6). Когда размеры окна в маске достаточно велики, профиль элемента состоит из плоской середины и наклонных боковых частей. По мере уменьшения размера окна ширина плоской зоны уменьшается до нуля, тогда как размеры наклонных частей не изменяются. При дальнейшем уменьшении размера окна ширина и толщина элемента;

Минимальный размер элемента W_min, получаемый в процессе взрывной литографии, определяется переходом к последнему случаю:

Минимальный шаг между элементами P_min равен:

где S_min – минимальный размер окна резистивной маски у основания.

Рис. 6. Профили элемента микрорисунка в случаях, когда размер окна в резистивной маске больше толщины резистивной маски (1), сравним с ней (2) и меньше ее (3)

Из уравнений следует, что минимальный размер элементов можно уменьшить в соответствии с толщиной резистивной маски и максимальным углом напыления _max, тогда как минимальный размер окна резистивной маски элементов определяется методом ее формирования.