2. Методы переноса изображения в системе фоторезист - подложка. Процессы травления

Основным процессом фотолитографии является фор­мирование топо-логии схемы пленкой фоторезиста и даль­нейший перенос воспроизведенного пленкой фоторезиста изображения на соответствующую под­ложку методом химического или ионного травления, хи­мическим или электрохимическим осаждением.

Процесс избирательного травления материалов явля­ется завершающей стадией формирования элементов схем и оказывает решающее влияние на электрические параметры и выход изделия.

Требования, предъявляемые к проведению этого процесса, можно сформулировать следующим образом:

• минимальное искажение геометрических размеров элементов схем;

• полное удаление материала на участках, не защищен­ных фоторезистом;

• возможность последующего полного удаления продуктов реакции;

• возможность управления процессом;

• высокая селективность воздействия травителей, т. е. возможно мень-шее их взаимодействие с материалами системы, не подлежащих травлению.

Конечный результат травления, как это было показа­но выше, определя-ется во многом предысторией форми­рования защитной маски из фото-резиста, его адгезией к подложке, геометрией элементов, клином проявления. Кроме того, 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 (например, наличием в нем легирующих при­месей) и кинетикой травления по глубине материала, смачиваемостью травителем поверхности материалов, входящих в состав подложки, толщиной пленок этих материалов и отклонением по толщине.

При взаимодействии поверхности твердого тела с травителем наблюдается определенная последовательность стадий процесса:

а) подвод реагирующих веществ к поверхности твердой фазы;

б) взаимодействие этих веществ с поверхностными атомами;

в) отвод продуктов реакции от поверхности твердого тела.

Подвод частиц травителя к поверхности твердого тела и уда­ление продуктов реакции от этой поверхности определяются обыч­ными законами диффузии.

Для того чтобы диффузия определяла скорость травления, достаточно выполнения одного из условий:

а) низкая концентрация реагентов;

б) большая скорость поверхност­ной реакции;

в) плохая растворимость продуктов реакции.

2.1 Изотропное травление

Как уже отмечалось, если хи­мический состав и физические свойства пленок однород­ны, то действие травителей должно быть изотропным. Однако такие факторы, как ограничение в отводе про­дуктов реакции, изме-нения свойств травителей в объеме в зависимости от степени механического возбуждения, от глубины, времени и температуры травления могут вы­зывать изменение скорости травления.

Кроме того, конечный профиль должен определяться способностью защитной маски фоторезиста не изменять свою конфигурацию и адгезию при воздействии травите­лей. Предложены две модели формирования про-филей элементов. По одной из них пленка фоторези­ста постепенно подни-мается по мере перемещения фрон­та травления, открывая свежую поверх-ность, формируя перемещающийся центр кривизны и тем самым обуслов­ливая постоянный радиус кривизны протравленной стен­ки. По второму предположению допускается, что маскирующая пленка остается без изменения, фикси­руя центр фронта изотропного травления и задавая ра­диус кривизны.

В последнее время появились интересные сообщения о фотоактивированном травлении. Известно, что травле­ние полупроводников может быть инициировано УФ све­том. Однако в данном случае речь идет о другом про­цессе: при травлении материалов используют защитные материалы, содержащие фотолитически неустойчивые соединения, продукты фотолиза которых взаимодейству­ют с материалом подложки. Например, для травления Si0₂ используют полимерные пленки, содержащие раз­личные производные фтора. При экспонировании таких пленок через фотошаблон в местах облучения происхо­дит разложение фторсодержащих соединений с образо­ванием ионов фтора, реагирующих с окислом. Отмечает­ся, что может быть достигнута скорость травления до 10 нм/мин. Для пленок золота были предложены поли­мерные покрытия, содержащие производные брома. Предложен также метод фотохимического травления тонких пленок меди, хрома, никеля и т. д. с применением светочувствительных пленок халькогенидных стекол.

Описанные процессы представляют несомненный ин­терес для ряда технологических вариантов, так как по­зволяют реализовать процесс, где отсутствуют операции «мокрого» проявления и травления. Однако они имеют весьма серьезные ограничения при травлении пленок с толщиной более 1 мкм. Кроме того, вероятно, за счет диффузионных процессов образующихся продуктов фо­толиза данный процесс будет иметь ограничения по раз­решающей способности.