Контактная фотолитография.

Суть процесса фотолитографии заключается в создании на поверхности полупроводниковой (или изолирующей) пластины защитного рельефа требуемой конфигурации, включающего в себя большое число рисунков элементов ИС. Фотолитография – это комплекс технологических операций, допускающих использование групповых методов обработки и обеспечивающих тем самым высокую производительность процесса в целом.

Основными составляющими процесса фотолитографии, определяющими её уровень, являются фоторезист, фотошаблон и конкретная схема реализации технологического процесса, связанная с техническими характеристиками используемого оборудования.

Дефекты при проведении процесса контактной фотолитографии.

Практически разрешающая способность процесса контактной фотолитографии 1, 5-2 мкм является предельно достижимой и хуже, чем дают теоретические оценки (на уровне 1 мкм). Это вызвано целым рядом явлений, сопровождающих литографический процесс и снижающих его разрешающую способность. Основными дефектами контактной фотолитографии, в частности, являются: наличие проколов в плёнке фоторезиста, неоднородность толщины плёнки фоторезиста, образование клина травления, неровность края проявленной плёнки фоторезиста, изменение геометрических размеров и наличие "ореола" по краю изображения.

Появление проколов в плёнке фоторезиста связано с некачественным или изношенным фотошаблоном, различного рода загрязнениями, плохой смачиваемостью поверхности пластины или перегревом плёнки фоторезиста при экспонировании. Как правило, при травлении проколы переходят в окисный защитный слой и являются "паразитными" областями локальной диффузии примесей, что может привести к закорачиванию р-n переходов.

Неоднородность по толщине плёнки фоторезиста приводит к несплошности контакта с фотошаблоном и трудности в подборе времени экспонирования.

Наиболее часто встречающийся дефект – образование клина травления. Клин травления возникает при вскрытии окон в защитном слое окисла и влияет на размер диффузионной области рис. 3.

Рис. 3. Схематическое изображение клина травления в защитном слое SiO2.

При наличии клина размеры диффузионной области дополнительно увеличиваются и могут быть определены из следующего выражения

dдиффуз = dокна + 2×hдиффуз×(1+k/10L),

где hдиффуз – глубина диффузии. При толщине окисла 0, 7-0, 8 мкм; k = 1-2 мкм для негативных фоторезистов и 0, 3-0, 4 мкм для позитивных. Причины появления клина связаны с неправильно подобранной экспозицией, плохим контактом между пластиной и фотошаблоном, недостаточной оптической плотностью непрозрачных участков фотошаблона, неперпендикулярным падением света на фотошаблон, некачественным проявлением фоторезиста.

Дефекты, связанные с неровностью края плёнки фоторезиста появляются при неправильных режимах проявления и экспозиции, при наличии в фоторезисте инородных частиц размером 0, 3-0, 5 мкм, при некачественных фотошаблонах.

Минимальный геометрический размер элемента зависит от длины волны излучения λ, расстояния между фотошаблоном и пластиной z и толщины фоторезиста h, которые связаны между собой соотношением bmin=3/2×[λ×(z+h/2)]1/2. Поэтому при плохом контакте пластины и фотошаблона, т.е. при зазоре, возникает дифракция, которая и искажает размеры экспонируемой области. К искажению геометрических размеров рисунка могут привести также неправильно подобранные режимы экспонирования и проявления.

Интерференция проходящего через слой фоторезиста светового потока и его отражения от границы с подложкой, а также рассеяние света, создают нерезкую зону по краю изображения, которая после проявления даёт "ореол", что ухудшает контрастность и изменяет геометрические размеры рисунка. Для ослабления этого эффекта применяют антиотражающие покрытия, например, плёнки окиси хрома, которые осаждают на поверхность пластины перед нанесением фоторезиста.

В итоге контактная фотолитография при решении задачи повышения разрешающей способности и достижения предельной точности сталкивается с существенными ограничениями:

- неизбежность механических повреждений фотошаблона и подложки при контакте;

- вдавливание пылинок в фоторезист и прилипание его к шаблону при контакте;

- любые непрозрачные для УФ - излучения частицы между пластиной и фотошаблоном являются причинами появления дефектов;

- поскольку плотный контакт между пластиной и фотошаблоном невозможен, воздушные зазоры приводят к появлению дифракционных эффектов и увеличению размеров изображения;

- точность совмещения при контактной фотолитографии существенно снижается из-за проблем фиксации перехода от положения "зазор" в положение "контакт".