16.Литографический процесс и его роль в формировании структуры ис. Фотошаблоны и их производство. Фоторезисты, фотохимические реакции, требования к фоторезистам.

Литографией (греч. lithos - камень), применяемой в производстве ИИЭ, называют процесс формирования геометрического рисунка на поверхности кремниевой пластины.

Роль:

с помощью этого рисунка формируют элементы схемы (базу, эмиттер, электроды затвора, контактные окна, металлические межкомпонентные соединения и т.п.).

Процесс:

Получение топологического рисунка

На первой стадии процесса изготовления ИС после завершения испытаний или моделирования с помощью ЭВМ формируют геометрический рисунок топологии схемы. Процесс создания рисунка ИС разбивают на этапы: на одном этапе формируют электроды затвора, на втором контактные окна и т.п. Этим этапам соответствуют различные уровни фотошаблона.

С помощью ЭВМ геометрический рисунок топологии преобразуют в цифровые данные. С помощью этих данных генератор изображения формирует рисунок топологического слоя на шаблоне либо непосредственно на пластине.

Формирование ИС

Законченные ИС получают последовательным переносом топологического рисунка с каждого шаблона, уровень за уровнем на поверхность кремниевой пластины. При этом между переносом топологического рисунка с двух шаблонов могут проводиться различные операции (ионной имплантации, диффузии, окисления, нанесение металлизации и т.п.)

Фотошаблоны и их производство.

Фотошаблон(ФШ)— плоскопараллельная, механически прочная, прозрачная пластина, на рабоч. плоскости которой сформированы непрозрачные и прозрачные для света определенной длины волны участки, образующие топологию элементов одного из слоев структуры и элементы (реперы) грубого и точного совмещения. В связи с необходимостью обеспечения идентичности конфигураций элементов от процесса к процессу к ФШ предъявляются жестк. требования. ФШ должны обладать высок.износо- и коррозионной устойчивостью, высок. разрешающей способностью, контрастностью изображения между темными и светлыми участками, минимальным кол-вом дефектов (царапин, проколов, островков), иметь строго рассчитанные геометрич. размеры элементов и расстояний между ними с допусками в пределах долей микрона и отвечать требованиям совмещаемости различных топологических рисунков всех входящих в комплект фотошаблонов с допуском ≤± 0,5 мкм.

В качестве основн. фотоматериала для получения промежуточных и эталонных ФШ (первый ФШ с полным набором изображений структур, с которого получают первичные или рабоч. копии) используются специальн. высокоразрешающие фотопластины. Разрешающая способность фотослоя для пластин, применяемых при получении ФШ с минимальными элементами структуры до 1 мкм, должна быть не менее 1500—2000 линий/мм, а размытость края не более 0,1—0,2 мкм. Стеклянные пластины должны обладать высок.стойкостью к механическому истиранию, быть прозрачными, не должны деформироваться со временем в рабоч. диапазоне температур для сохранения высок. плоскостности и в то же время обеспечивать хорошую адгезию с пленками, образующими непрозрачн. участки. Непрозрачн. участки в большинстве случаев формируют из пленок металлов, сплавов, фотослоев, окислов,

Наибольшее распространение получил хром, так как пленки из него при строгом соблюдении режимов технол. процесса образуют хорошую адгезию со стеклянными подложками, имеют достаточно выс. устойчивость на истирание, выс. оптическую плотность при толщине 0,1—0,2 мкм, получение их не связано с большими технологическими трудностями и др. Однако хромовым ФШ присущи и недостатки. К ним прежде всего относятся: невоспроизводимость структуры пленки хрома и ее адгезии к стеклянной подложке при даже незначительном отклонении режимов технол. процесса; наличие проколов в пленках хрома; зависимость качества травления пленки от состояния ее структуры, которая в свою очередь зависит от чистоты поверхности подложки, давления и состава остаточных газов в вакуумной камере при нанесении, скорости нанесения хрома и температуры подложки; высок.отражательная способность, приводящая к образованию стоячих волн и нежелательн. эффектов при засветке фоторезиста, снижающих разрешающую способность контактной фотолитографии; непрозрачность пленки хрома в видимой области, что затрудняет совмещаемость при визуальном контроле. Повышение износостойкости иногда достигается формированием непрозрачн. участков в углублениях стекла. В таких ФШ трение поверхности ИС (интегр. схем) с фотошаблоном осуществляется через стекло. Пленки металлов и сплавов обладают одним общ.недостатком — непрозрачностью в видимой области спектра экранирующих участков. Это позволяет видеть сквозь них топологию нижележащего слоя ИС.Другим методом устранения недостатков металлизированных ФШ является применение так называемых транспарентных (полупрозрачных, цветных) ФШ. Идея транспарентногоФШ заключается в создании покрытия, обладающего селективным светопропусканием для света волн длиной более 550 нм и задерживающего коротковолновое излучение в области ультрафиолета. Такими свойствами обладает ряд материалов и окислов, например пленки из ZnSe, Fe₂O₃ и SiO₂.

В зависимости от материала пленочного покрытия различают ФШ на основе фотографической эмульсии (эмульсионные ФШ) , металлической пленки (металлизированные ФШ) и других материалов , например , окиси железа (оксидные ФШ).

При изготовлении ФШ наиболее распространен трехступенчатый метод :

• Первый процесс – изготовление оригинала , представляющего собой единичное увеличение изображения модуля ФШ . Выполняется механическим вырезанием и удалением непрозрачного покрытия с прозрачной полимерной пленки на координатографах.

• Второй процесс – изготовление промежуточного оригинала или уменьшение копии оригинала , выполненный на фотопластинах с высокой разрешающей способностью.

• Третий процесс–мультиплицирование, которое осуществляется на фотоповторителях.

Эталонный фотошаблон – это первый фотошаблон в процессе изготовления с полным набором изображения структур , с которого обычно получают рабочие копии ФШ .

ФШ по виду подложек бывают : стеклянные (кварцевые) , пленочные и масочные ( со сквозными отверстиями).

К исходной ФШ заготовке предъявляют следующие требования :

• улучшенная плоскость пластин ;

• высокая чистота обработки и однородность поверхности ;

• возможность использования в спектральной области длин волн 180..450 нм ;

• минимальный коэффициент отражения поверхности маскирующего слоя в спектральном диапазоне оптического излучения ;

• малый ТКЛР стекла ;

• высокая термоустойчивость и износостойкость при эксплуатации.

Фоторезисты, фотохимические реакции, требования к фоторезистам.

Фоторезисты(ФР)-сложные полимерные композиции. Фоторезисты, растворимость экспонированного участка которых уменьшается , называются негативными (ФН),а ФР,растворимость которых после облучения возрастает ,-позитивными (ФП).

После обработки экспонированного ФР в составе , удаляющем растворимые участки (проявителе), образуется рельефное изображение (рис.1).

Рис 1. Образование рельефа при использовании негативного и позитивного ФР.

Основу образования рельефного изображения составляют :

• фотополимеризация с образованием нерастворимых участков (для ФН )

• склеивание линейных полимеров радикалами (для ФН ) ;

• фотолиз (разрушение ) светочувствительных соединений с образованием растворимых веществ (для ФП ) .

При использовании ФН полученный рисунок представляет собой негативное изображение оригинала ,а при использовании ФП рисунок оригинала в точности повторяется на поверхности пластины .