Фотолитография. Принцип работы. Виды фоторезистов

 

В технологии полупроводниковых приборов важное место занимают маски: они обеспечивают локальный характер напы­ления, легирования, травления, а в некоторых случаях и эпи-таксии. Всякая маска содержит совокупность заранее спроек­тированных отверстий — окон. Изготовление таких окон есть задача литографии (гравировки). Ведущее место в технологии изготовления масок сохраняет фотолитография, которой мы уделим главное внимание.

Фотолитография. В основе фотолитографии лежит использо­вание материалов, которые называют фоторезистами. Это раз­новидность фотоэмульсий, известных в обычной фотографии. Фоторезисты чувствительны к ультрафиолетовому свету, поэто­му их можно обрабатывать в не очень затемненном помещении.

Фоторезисты бывают негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием света полимеризуются и становятся устойчивыми к травителям (кислотным или щелочным). Зна­чит, после локальной засветки будут вытравливаться незасве­ченные участки (как в обычном фотонегативе). В позитивных фоторезистах свет, наоборот, разрушает полимерные цепочки и, значит, будут вытравливаться засвеченные участки.

Рисунок будущей маски изготавливается в виде так называ­емого фотошаблона (рис. 6.11). Фотошаблон представляет со­бой толстую стеклянную пластину, на одной из сторон которой нанесена тонкая непрозрачная плен­ка с необходимым рисунком в виде прозрачных отверстий. Размеры этих отверстий (элементов рисунка) в мас­штабе 1:1 соответствуют размерам будущих элементов ИС, т.е. могут со­ставлять как десятки и единицы микронов, так и доли микрона (в случае т. н. субмикронной техноло­гии). Поскольку ИС изготавливаются групповым методом, на фотошаблоне по «строкам» и «столбцам» размещается множество однотипных рисунков. Размер каж­дого рисунка соответствует размеру будущего кристалла ИС.

Процесс фотолитографии для получения окон в окисной ма­ске SiO2, покрывающей поверхность кремниевой пластины, со­стоит в следующем (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Этапы процесса фотолитографии: а — экспозиция фоторезиста

через фотошаблон; б — локальное травление двуокиси кремния через фото-

резистную маску; в — окисная маска после удаления фоторезиста

На окисленную поверхность пластины наносится капля фо­торезиста (ФР). С помощью центрифуги каплю распределяют тонким слоем (около 1 мкм) по всей поверхности. Полученную пленку фоторезиста высушивают до затвердевания. На пласти­ну, покрытую фоторезистом, накладывают фотошаблон ФШ (рисунком к фоторезисту) и экспонируют его в лучах кварцевой лампы (рис. 6.12, а). После этого фотошаблон снимают.

Если используется позитивный фоторезист (см. выше), то после проявления и закрепления (которое состоит в задубливании и термообработке фоторезиста) в нем получаются окна на тех местах, которые соответствуют прозрачным участкам на фотошаблоне1. Как говорят, мы перенесли рисунок с фотошаб­лона на фоторезист. Теперь слой фоторезиста представляет со­бой маску, плотно прилегающую к окисному слою (рис. 6.12, б).

Через фоторезистную маску производится травление окисного слоя вплоть до кремния (на кремний данный травитель не действует). В результате рисунок с фторезиста переносится на окисел. После удаления (стравливания) фоторезистной маски конечным итогом фотолитографии оказывается кремниевая пластина, покрытая окисной маской (рис. 6.12, в и 6.4, б). Че­рез окна в этой маске можно осуществлять диффузию, ионную имплантацию, травление и т.п.

В технологических циклах изготовления диодов, транзисто­ров и тем более ИС процесс фо­толитографии используется многократно (отдельно для по­лучения базовых слоев, эмит­теров, омических контактов и т.д.). При этом возникает так называемая проблема совмеще­ния фотошаблонов. Суть этой проблемы иллюстрируется на рис. 6.13.

При многократном использовании фотолитографии (в техно­логии ИС до 15-20 раз) допуск на совмещение доходит до со­тых долей микрона. Техника совмещения состоит в том, что на фотошаблонах делают специальные «отметки» (например, кре­стики или квадраты), которые переходят в рисунок на окисле и просвечивают сквозь тонкую пленку фоторезиста. Накладывая очередной фотошаблон, аккуратнейшим образом (под микро­скопом) совмещают отметки на окисле с аналогичными отмет­ками на фотошаблоне.

Рассмотренный процесс фотолитографии характерен для по­лучения окисных масок на кремниевых пластинах с целью по­следующей локальной диффузии. В этом случае фоторезистная маска (рис. 6.12, б) является промежуточной, вспомогатель­ной, так как она не выдерживает высокой температуры, при которой проводится диффузия. Однако в некоторых случаях, когда процесс идет при низкой температуре, фоторезистные ма­ски могут быть основными — рабочими. Примером может служить процесс создания металлической разводки в полупровод­никовых ИС.

 

2.1.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: