46. Сущность процесса микролитографии

Литография – это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.

Литографические процессы позволяют: 1) получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию элементов полупроводниковых ИМС, в которые проводится локальная диффузия примесей для создания р-n -переходов;2) формировать межсоединения элементов полупроводниковых ИМС;3) создавать технологические маски из резистов, обеспечивающие избирательное маскирование при ионном легировании; 4) формировать проводящие, резистивные, диэлектрические слои гибридных ИМС.

Широкое применение литографии обусловлено следующими достоинствами: высокой воспроизводимостью результатов и гибкостью технологии, что позволяет легко переходить от одной топологии структур к другой сменой шаблонов; высокой разрешающей способностью актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающей их применение для самых разнообразных целей (травления, легирования, осаждения); высокой производительностью, обусловленной групповыми методами обработки.

В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии:

1) фотолитографию (актиничное ультрафиолетовое излучение); 2) рентгенолитографию; 3) электронолитографию (поток электронов); 4) ионолитографию. В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными, а также непосредственной генерации всего изображения или мультипликации единичного изображения.

Процесс фотолитографии состоит из ряда операций, последовательность которых приведена на рис. Первой операцией в данном процессе является подготовка подложек.

Для оценки качества подложки применяют визуальный контроль и измерение угла смачивания каплей воды. Угол смачивания Θ_В дает косвенную информацию об адгезии слоя фоторезиста, указывая на степень смачиваемости подложки водными растворами травителей. Чем меньше Θ_В, тем больше подтравливание под защитными участками; чем больше угол смачивания водой, тем лучше качество фотолитографии.

В зависимости от материала подложки применяются те или иные методы очистки. Основные загрязнения создаются за счет жировой пленки, пленок влаги или пыли. Очистку подложек обычно производят в органических растворителях – изопропиловом спирте, трихлорэтилене, четыреххлористом углероде. Процесс может быть существенно ускорен при наложении ультразвуковых колебаний.

Нанесение слоя фоторезиста на подложку может осуществляться различными способами: центрифугированием, распылением, погружением (окунанием), заливкой, накаткой. Достоинство центрифугирования – возможность нанесения фоторезиста на небольшие участки поверхности с высокой степенью равномерности по толщине. Качество пленок фоторезистов определяется такими факторами, как тип центрифуги, скоростью вращения, свойствами фоторезиста.

Толщина слоя пропорциональна вязкости и обратно пропорциональна числу оборотов центрифуги. Для больших изменений толщины слоев применяют обычно регулировку вязкости фоторезиста, а подбирая число оборотов, добиваются точно требуемой толщины.

Первая сушка заканчивает формирование слоя фоторезиста. При удалении растворителя объем полимера уменьшается, слой стремится сжаться, но жестко скрепленная с ним подложка препятствует этому. При сушке фоторезист переходит из вязкотекучего состояния в стеклообразное.

Основным процессом фотолитографии является формирование топологии схемы пленкой фоторезиста и дальнейший перенос изображения на подложку методами травления, напыления и т.д.

Качество получаемого рисунка топологии, передаваемого слоем фоторезиста, определяется во многом процессом экспонирования (свойствами фотошаблона, фототехническими, спектральными и оптическими параметрами фоторезистов, способом передачи изображения от фотошаблона к слою фоторезиста, параметрами осветителей, временем экспонирования).

Особенностью фоторезистов является относительно узкая спектральная область поглощения и относительно низкая светочувствительность. Поэтому спектры излучения источника и спектров поглощения фоторезистов должны быть строго согласованы. В качестве источника излучения чаще всего используются ртутно-кварцевые лампы высокого давления, а также могут использоваться импульсные ксеноновые источники. Экспонирование может осуществляться либо контактным способом, либо проекционным. Контактный способ прост, но существенным недостатком его является быстрый выход из строя фотошаблона (из-за механических повреждений). Основными преимуществами проекционного способа являются повышение срока службы фотошаблонов ввиду отсутствия контактов с подложкой, возможность применения фотошаблонов с масштабом, большим чем 1:1, но для осуществления этого способа необходимо сложное оборудование.

Облучение фоторезиста определяется дозой падающей на него энергии:

, где H – доза облучения (в спектре поглощения фоторезиста); E – интенсивность излучения; t – время экспонирования.

Окончательное формирование в пленке фоторезиста изображения элементов схем происходит при обработке соответствующим раствором экспонированных покрытий и соответствующим удалением облученных (для позитивных составов) или необлученных участков (для негативных составов).

Процесс избирательного травления материалов является завершающей стадией формирования элементов схем и оказывает решающее влияние на электрические параметры и выход изделия. Процесс должен удовлетворять следующим требованиям: 1) минимальное искажение геометрических размеров элементов схем; 2) полное удаление материала на участках, не защищенных фоторезистом, а также возможность последующего полного удаления продуктов реакции; 3) высокая селективность воздействия травителей, т.е. возможно меньшее их взаимодействие с материалами системы, не подлежащими травлению.

Протекание процесса травления, геометрические размеры образующихся элементов и клин травления будут определяться типом выбранного травителя, температурой травления, кинетикой гетерогенной реакции взаимодействия твердого тела с травителем, типом материала, смачиваемостью травителем поверхности материалов пленок, толщиной пленок и их отклонением по толщине.

Завершение цикла фотолитографических операций заключается в удалении пленки фоторезиста с поверхности подложки.

Для удаления фоторезистов в настоящее время применяются физико-химические, химические и физические методы. При выборе метода удаления фоторезиста прежде всего следует исходить из химического строения, растворимости в определенном круге растворителей, возможности применения механического воздействия и устойчивости материалов подложки к режимам удаления. Основным технологическим приемом удаления фоторезистов является либо их обработка с применением окислителей, либо обработка в соответствующих растворителях.