3.3.Лазерная обработка пленочных элементов
Технология изготовления пленочных элементов при создании микроэлектронных устройств включает в себя, наряду с процессом нанесения пленочных слоев, формирование топологии элементов, непосредственно входящих в качестве составляющих в микросхемы и другие приборы. Для формирования топологии пленочных структур в настоящее время широко используются методы фотолитографии, нанесения пленок через маски, трафаретная печать и т.д. Однако использование лазерного излучения с его уникальными возможностями для размерной обработки пленочных структур позволило значительно повысить точность обработки и производительность, кроме того, этим методом удалось решить задачи, не решаемые другими методами. В результате осуществлен переход на новый уровень сложности интегральных схем и их функциональных возможностей.
Сущность лазерной обработки пленочных элементов (ЛОПЭ) заключается в изменении размеров, формы, топологии и электрических параметров тонкопленочных элементов (ТПЭ) в результате как прямого удаления части материала пленки, так и с помощью ее термической или термохимической обработки.
Для осуществления операций ЛОПЭ были созданы и внедрены в промышленность многие новые способы. Это, например, способ лазерной размерной обработки пленок; функциональной настройки пленочных схем (их подстройки в табельный режим работы); подстройки пьезокварцевых резонаторов и фильтров; корректировки фотошаблонов; подстройки СВЧ-схем с распределенными параметрами; изготовления оптических шкал, сеток и много других технологий.
Использование лазеров в изготовлении пленочных элементов позволило получить следующие результаты:
- точность и стабильность при изготовлении и настройке интегральных схем (ИС), аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), операционных усилителей (ОУ) повысилась более чем в 10 раз;
- существенно увеличился выход годных изделий гибридно-пленочных схем и фотошаблонов для микросхем;
- в 5 - 10 раз повышена производительность на операциях настройки ИС и корректировки их топологии;
- были автоматизированы наиболее трудоемкие и сложные операции при изготовлении микросхем.
Преимущества использования методов ЛОПЭ связаны с возможностью точного наведения, локализации лазерного излучения в области самых минимальных размеров и малой зоной термического влияния локализованного излучения на соседние элементы. Кроме того, эти методы позволяют производить прецизионную подстройку элементов микросхем на воздухе и бесконтактно.
3.3.1. Термохимические методы получения рисунков
Сущность термохимических методов получения схемных рисунков на тонких пленках заключается в том, что под действием лазерного нагревания протекают химические реакции, локализованные в пределах освещенных зон в соответствии с оптическим изображением, в результате которых образуется требуемый рисунок, имеющий новый состав, химические и физические свойства. Чаще всего такой реакцией является окисление с последующим травлением, при использовании селективности травления разных участков образованного рисунка. Такой процесс схематично изображен на рис.5 применительно к пленкам хрома.
В этом методе полученные слои, состоящие из окиси хрома, образуют некий защитный рисунок, предохраняющий пленку Cr от травления. В окончательном виде вытравленная топология будет полностью соответствовать топологии оптического изображения. В качестве травителя используется раствор HCl с алюминиевым катализатором. Иногда используется раствор AlCl3, но в присутствии некоторого количества HCl. Скорость травления будет выше при нагреве травителей. При этом селективность травления пленки Cr и защитного слоя Cr2O3 , определенная как соотношение времени травления, равна 20 - 100. Размытость края рисунка при коротких импульсах (~10 нс) будет не более 1 мкм.
Рис.5. Схема термохимического метода получения схемных рисун-
ков на пленочных слоях: а - исходная структура ТМП; б - структура,
полученная в результате ТХР, под действием лазерного облучения;
в - полученный образец после травления (проявления); 1 - подложка;
2 - пленка; 3 - оптическое изображение
Термохимический метод получения рисунков в настоящее время нашел широкое применение при изготовлении металлических фотошаблонов, рисунков типа шкал, штрихов, сеток, дифракционных оптических элементов с шириной линии до 1 мкм. Селективность травления обнаружена не только на пленках Cr , но и на других материалах, в частности Fe-Ni-Co, Cr-SiO, что значительно расширяет возможности метода. Кроме того, в последнее время ведутся разработки и получены неплохие результаты по лазерному экспонированию фоторезиста, предварительно нанесенного на металлическую пленку. При этом лазерная засветка изменяет поглощательную способность облученных участков фоторезиста, что ведет к их удалению путем испарения в соответствии с требованиями рисунка.