Техніка масок

У технології напівпровідникових приладів важливе місце мають маски: вони забезпечують локальний характер напилення, легування, травлення, а в деяких випадках і епітаксії. Всяка маска містить сукупність заздалегідь спроектованих отворів-вікон. Виготовлення таких вікон є завдання літографії (гравіювання). Провідне місце в технології виготовлення масок займає фотолітографія

Фотолітографія. В основі фотолітографії лежить використовування матеріалів, які називають фоторезистом. Це різновид фотоемульсій, відомих у звичайних фотографіях. Фоторезисти чутливі до ультрафіолетового світла, тому їх можна обробляти в не дуже затемненому приміщенні.

Фоторезисти бувають негативні і позитивні. Негативні фоторезисти під дією світла полімеризуються і стають стійкими до травника (кислотним або лужним). Після локального засвічення будуть витравлюватись незасвічені ділянки (як у звичайному фотонегативі). У позитивних фоторезистах світло, навпаки, руйнує полімерні ланцюжки і, значить, будуть витравлюватись засвітчені ділянки.

Малюнок майбутньої маски виготовляється у вигляді так званого фотошаблона. Фотошаблон представляє собою товсту склянну пластину, на одній із сторін якої нанесена тонка непрозора плівка з необхідним малюнком у вигляді прозорих отворів. Розміри цих отворів (елементів малюнка) в масштабі 1:1 відповідають розмірам майбутніх елементів ІС. Оскільки ІС виготовляють груповим методом, на фотошаблоні, по «рядках» і «стовпцях» розміщується безліч однотипних малюнків. Розмір кожного малюнка відповідає розміру майбутнього кристала ІС.

Процес фотолітографії для отримання вікон в окисній масці SiO2, що покриває поверхню кремнієвої пластини, полягає в наступному. На окислену поверхню пластини наноситься крапля фоторезиста (ФР). За допомогою центрифуги краплю розподіляють тонким шаром (близько 1 мкм) по всій поверхні. Отриману плівку фоторезиста висушують до затвердіння. На пластину, покриту фоторезистом, накладають фотошаблон ФШ (малюнком до фоторезиста) і експонують його в променях кварцової лампи. Після цього фотошаблон знімають.

Якщо використовується позитивний фоторезист (див. вище), то після прояву і закріплення (яке полягає в задублюванні і термообробці фоторезиста), в ньому виходять вікна на тих місцях, які відповідають прозорим ділянкам на фотошаблонах. Як кажуть, перенесення малюнка з фотошаблона на фоторезист. Тепер шар фоторезиста представляє собою маску, щільно прилягаючу до окисного шару. Через фоторезистну маску проводиться травлення окисного шару аж до кремнію (на кремній даний травник не діє). У результаті малюнок з фоторезистора переноситься на оксид.

Розглянутий процес фотолітографії характерний для одержання окисних масок на кремнієвих пластинах з метою подальшої локальної дифузії. У цьому випадку фоторезистна маска є проміжною, допоміжною, так як вона не витримує високої температури, при якій проводиться дифузія. Однак у деяких випадках, коли процес йде при низькій температурі, фоторезістивні маски можуть бути основними - робочими.

Фотошаблони. Першим етапом процесу виготовлення фотошаблонов є креслення оригіналу. Оригінал представляє собою малюнок одного з елементів фотошаблона, збільшений в масштабі від 100: 1 до 1000: 1. Прямокутники таких розмірів можна виконати з великою точністю (нерівність країв не перевищує кілька відсотків).

Оригінали виготовляють на координатографі. Координатограф представляє собою стіл з плоскою поверхнею, над якою розташована система з двох рухомих взаємоперпендикулярних рейок. У місці перетину рейок розташована ковзна муфта з гострим штифтом, що дотикається поверхні столу. Переміщуючи рейки паралельно самим собі, можна продряпватиє штифтом горизонтальні і вертикальні лінії. На столі закріплюється скло або пластик необхідних розмірів, вкриті вгорі тонкою темною плівкою нітроемалі. Штифтом координатографа процараплюють в плівці контури (периметри) майбутніх отворів, після чого оконтурену плівку відлагоджують - здирають, оголюючи відповідні ділянки.

Наступним етапом є так званий проміжний знімок оригіналу, тобто його фотографування на скляну фотоплатівку з зменшенням (редукуванням) зображення в 10 - 20 разів. При великих масштабах оригіналу проміжних знімків буває два з сумарним редукуванням в 50-100 разів.

Заключним етапом є фінальний знімок з одночасним розмноженням (мультиплікацією) малюнка по фотошаблону. Редукування розмірів при фінальному знімку залежить від редукування при проміжному знімку. Мультиплікація, здійснюється за допомогою так званих фотоштампів - фотоапаратів, у яких передбачено крокове переміщення фотопластинки в фокальній площині. Якщо, наприклад, розміри майбутнього кристала складають 1,5 x1, 5 мм, то крок переміщення по горизонталі і вертикалі повинен складати приблизно 2 мм.

При використанні фотошаблона його емульсійний шар зношується (стирається) вже після 15-20 накладень. Тому виготовлений фотошаблон зберігається в спеціальній бібліотеці, а від нього час від часу знімаються робочі копії (методом контактного фотодруку). Термін служби фотошаблонів можна збільшити на два порядки і більше шляхом металізації: замінюючи плівку фотоемульсії на плівку зносостійкого металу, зазвичай хрому. Металізовані фотошаблони отримують приблизно тим же способом, що і металеву розгортку, тобто використанням фотолітографії.

Фотошаблони виготовляються комплектами за кількістю операцій фотолітографії в технологічному циклі. У межах комплекту фотошаблони узгоджені, тобто забезпечують сполучення малюнків при з’єднанні відповідних відміток.