Л.р. №2 Травление через маску

Московский государственный технический университет
им. Н.Э.Баумана.




Калужский филиал




В.В.Парамонов , А.В.Скипер





Методические указания по выполнению лабораторной работы

« Химическая обработка материалов. Травление через маску, перенос микроизображения методом травления. ( 4 часа )»

По курсу « Физическая химия материалов и процессов электронной техники»



























Калуга , 2008г.
УДК 621.315.522
Данные методические указания издаются в соответствии с учебным планом специальности 2001.

Указания рассмотрены и одобрены кафедрой «Материаловедение »(ЭИУ4-КФ)

« » 2008 г. протокол №


Зав. кафедрой: В.Г.Косушкин

Методической комиссией Калужского филиала

« » 2008г. протокол №



Председатель методической комиссии А.В.Максимов


Рецензент

Авторы: к. х. н., доцент Парамонов Виктор Васильевич

старший преподаватель Скипер Андрей Владимирович


Травление – процесс химической обработки, который состоит в растворении поверхности твердого тела под действием кислотных или щелочных травителей. При травлении через маску, изменяя скорость травления по направлениям, можно добиться разных результатов: если скорость травления по глубине будет больше чем скорость по боковому направлению , то получим канавку или яму , а если наоборот , то получим боковое стравливание материала. С помощью травления через маску мы можем сами задавать нужный нам рельеф на поверхности подложки.













* Калужский филиал МГТУ им.Н.Э.Баумана 2008 г.
* Парамонов В.В. , Скипер А.В. 2008 г.


Стр.
Основные понятия 2
Методы переноса изображения в системе фоторезист –
подложка. Процессы травления. 4
Изотропное травление. 5
Анизотропное травление. 6
Плазменное травление. 7
Удаление фоторезистов и очистка подложек. 10
Методы «прямой» и «обратной» фотолитографии. 11
Метод контактной маски.
прямой вариант 11
косвенный вариант 12
Метод селективного химического травления 15
5. Заключение 17
6. Список литературы 18





























1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Фотолитография - это процесс формирования на поверхности подложки с помощью светочувствительного материала защитного рельефного покрытия с изображением элементов схемы и последующего переноса изображения на подложку.
Термин фотолитография образован от греческих слов фотос - свет, литос камень и графо - пишу (рисую), что в переводе означает изготовление надписи (рисунка) с помощью света на камне. В полупроводниковое производство этот термин попал из полиграфии, где с помощью фотолитографии (фотографических и химических процессов) рельефное изображение наносят на так называемый литографский камень, который является формой для печати.
Цель фотолитографии в полупроводниковом производстве - получение с высокой точностью рельефа по заданному рисунку в нанесенном на под-ложку тонкоплёночном покрытии или непосредственно на подложке. Тонко-пленочное покрытие может быть диэлектрическим (диоксид или нитрид кремния, силикатное стекло), металлическим (алюминий, медь, никель, золото) и полупроводниковым (кремний, германий), а в качестве подложек используют полупроводниковые (кремний, германий, арсенид галлия) и диэлектрические (керамику, стекло, ситалл, сапфир) материалы.
Светочувствительные материалы, состоящие из органических свето-чувствительных соединений, полимеров, растворителей и других добавок, используемые в фотолитографических процессах и изменяющие свою растворимость при актиничном облучении, называют «фоторезистами» или «фотолаками».
Термин «фоторезист» по своему содержанию определяет свойства светочувствительной пленки, сформированной на подложке из растворов светочувствительных соединений и других компонентов, т. е. светочувст-вительность и устойчивость к воздействию агрессивных факторов. Однако на практике этим термином обозначают и растворы светочувствительных композиций.
Сущность фотолитографического процесса заключается в следующем: на поверхности подложки (например, пластине окисленного кремния) фор-мируют тонкую пленку фоторезиста и экспонируют, т. е. воздействуют акти-ничным облучением через фотошаблон с изображением элементов схем
(рис. 1).
В зависимости от характера изменения свойств при облучении фото-резисты подразделяются на негативные и позитивные. Если при экспони-ровании фоторезиста через фотошаблон в местах воздействия света пленка теряет растворимость (например, протекает реакция сшивания), то в резуль-тате последующей обработки соответствующим растворителем (проявление) с поверхности подложки удаляются только необлучённые участки и на под-ложке возникает негативное изображение фотошаблона: фоторезист остается на участках, соответствующих светлым полям фотошаблона. Такие фото-резисты называются негативными (рис. 1, А).
Позитивными называются фоторезисты, в которых под действием света протекают процессы, приводящие к появлению растворимости, например, в водно-щелочных растворах. При облучении таких фоторезистов через фото-шаблон и последующем проявлении удаляются облученные участки слоя и на подложке образуется позитивное изображение фотошаблона (рис. 1, Б).





















Рис. 1. Схема воспроизведения изображения методом фотолитографии

Фоторезист остается на участках подложки, соответствующих темным полям фотошаблона.
Последующее воздействие агрессивных факторов (например, хими-ческое травление) позволяет удалять материал, находящийся на участках, свободных от защитной маски фоторезиста, что обеспечивает воспроизведение изображения элементов схем на подложке.









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.


2.2 Анизотропное травление

Уже давно было известно, что скорость травления полупроводниковых материалов в ряде травителей различна для различных кристаллографичес-ких плоскостей. При отработке химических процессов полирования пластин и удаления нарушенного слоя с этими явлениями, выражающимися, напри-мер, в появлении лунок, пытались бороться путем выбора определенных рецептов травителей.
Однако, как это часто бывает на практике, эта особенность полупровод-никовых материалов нашла широкое применение при разработке изо-планарной технологии. Различие в скоростях травления кремния для плоскостей (111) и (100) позволило применить анизотропное травление при создании воздушной изоляции ИС и при разделении пластины на кристаллы.
В качестве травителей для анизотропного травления кремния предло-жен ряд составов, из которых наибольший интерес представляют следующие:

1) гидразингидрат - вода (1:1); скорость травления 3,3 мкм/мин; предполагаемый механизм реакции:
6N2H4 + 6H20 ( 6N2H5+ + 6ОH- ;
Si + 60H- ( [Si (OH)6]-2 13 EMBED Equation.3 1415(N2H5SiO3 (pH = 11(12);

2) этилендиамин - вода - пирокатехин; скорость травления 3 мкм/мин; предполагаемый механизм реакции:
6H2N(СН2)2 NH2+6H2O ( 6H2N(СН2)2 NH3+ + Si + 6OH- (
( Si+60H- ( [Si (OH)6]-2 13 EMBED Equation.3 1415 ( H2N(CH2)2NH2Si03.

Травитель, не содержащий пирокатехин, реагирует с кремнием со ско-ростью 2 мкм/мин;

3) травитель, содержащий едкое кали, изопропиловый спирт и воду. Скорость травления кремния 0,5 мкм/мин; предполагаемый механизм реакции:
Si + 2 КОН + H2O 13 EMBED Equation.3 1415 ( K2SiO3







2.3 Плазменное травление

Химическое травление, несмотря на практически повсеместное использование, имеет целый ряд принципиальных недостатков, к числу которых можно отнести трудность автоматизации процесса и появление загрязнений на поверхности полупроводника.
Обнаружено, что при травлении в плавиковой кислоте происходит загрязнение поверхности материала металлами для:
Fe до 1011 см-2;
Сг - 4 · 1014 см-2;
Аu - 7 ·1014 см-2;
Сu - 3 · 1016 см-2.
Кроме того, метод имеет весьма серьезные ограничения по своей разрешающей способности, так как вносит свой вклад в искажение геомет-рических размеров элементов, сформированных пленкой фоторезиста.
В 1967-1968 гг. появились первые сообщения о возможности травления ряда материалов при их ионной бомбардировке и введено понятие «полного травления».
Теоретические и практические основы метода были разработаны значи-тельно раньше при реализации катодного ВЧ метода распыления материалов, широко применяемого в настоящее время в практике электронной техники.
При катодном распылении материалов источником ионов является плазма тлеющего разряда, возникающая в среде инертного газа или смеси газов.
Терминология, которая сложилась в настоящее время при описании процесса ионного травления, включает в себя такие понятия как ионно-плазменная обработка, ионное травление, плазмохимическое травление, сухое плазменное травление, ВЧ травление. Зачастую этими терминами обозначают совершенно различные по своей сути процессы.
Однако такое разграничение все же необходимо для оценки скоростей протекающих процессов и лучшего понимания основы технологии. Поэтому в дальнейшем изложении понятие «плазменное травление» будет характеризовать все процессы травления, протекающие при воздействии ионов, термин «плазмохимическое травление» - только в части использования химического взаимодействия реактивной плазмы с материалом и термин «ионное травление» - в части физических процессов, протекающих при воздействии ионов инертных газов.
Одной из характеристик катодного распыления является коэффициент катодного распыления, представляющий собой отношение числа распыленных атомов к числу бомбардирующих ионов.
Коэффициенты и скорости распыления большинства материалов отличаются друг от друга не более чем на порядок (таблица 1).
При энергии иона 500 эВ коэффициент распыления для кремния 0,4 атомов/ион, для золота 2,4 атомов/ион.
При сравнении ВЧ травления и ВЧ распыления обращает на себя внимание следующее различие:
а) вслучае ВЧ травления поверхность распылённого материала негомогенна; поверхность защищена селективно пленкой фоторезиста;
б) в случае ВЧ распыления имеет значение равномерность формируемой пленки распыленного вещества, а при травлении особую роль играет равномерность потока ионов.

Таблица 1. Коэффициенты распыления ряда материалов

Энергия ионов различных газов, эВ

Распыляемое вещество

600
1000


Аr

Кr

Аr

Кr


Сu

2,3

2,8

3,2

3,4


Fe

1,3

1,2

1,4

1,4


Mo

0,9

1,1

1,1

1,2


Ni

1,5

1,5

2,1

1,7



Остановимся на некоторых особенностях технологии воспроизведения геометрии элементов схем. В этом плане необходимо отметить различие между ионным и плазмохимическим травлением.
Общим для этих двух процессов является бомбардировка поверхности материала ионами плазмы. Однако в случае ионного травления происходит бомбардировка материала ионами инертных газов (Аr, Кr), которые, разрушая ковалентные или ионные связи в материале, выбивают с поверхности травимого материала атомы или другие частицы. В случае же плазмохимического травления происходит бомбардировка материала ионами, которые могут вступать в химическое взаимодействие с атомами травимой поверхности. В этом случае с поверхности материала удаляются уже продукты реакции. Плазмохимическое травление может проходить с участием таких реактивных ионов, как кислород, водород, фтор, сера и т. д.
Такое различие является достаточно серьезным моментом в выборе того или иного метода при травлении, так как скорость травления и стойкость защи-щающих материалов будут определяться лимитирующей стадией процесса.
Например, типичные скорости ионного процесса при применении аргона составляют для Аl2О3 - 13 мкм/мин; для Si - 36 мкм/мин; Si02 - 42 мкм/мин; AsGa - 250 мкм/мин и Ag - 300 мкм/мин, при плазмо-химическом методе травления с применением ионов фтора скорость травления для окиси кремния, нитрида кремния и чистого кремния составляет от 40 до 400 мкм/мин.
Естественно, что такое разделение в ряде случаев является достаточно условным, так как имеющийся, например, в аргоне кислород, способствует протеканию смешанных процессов.
Очень важное значение для реализации равномерного травления мате-риала по поверхности имеет однородность потока ионов, бомбардирующих подложки, что определяется конструктивными особенностями установок.
Наиболее существенным недостатком плазменного травления является сопровождающий этот процесс разогрев подложки. Отмечается, что увели-чение выходной мощности ВЧ генератора от 1 до 3 кВт приводит к возрастанию температуры подложки от 200 до 500°С.
Этот эффект приводит прежде всего к снижению защитных свойств фоторезистов, и его действие может быть уменьшено за счет охлаждения травимого материала при условии применения полированных плоских подложкодержателей, изготовленных из материалов с высокой теплопроводностью.
На скорость процесса плазменного травления и качество получаемого изображения большое влияние оказывают химически активные газы (случай плазмохимического или смешанного травления).
При увеличении в системе содержания кислорода могут проходить одновременно два противоположных процесса - травление образца и его поверхностное окисление. Преобладание последнего может привести к резкому уменьшению скорости травления. С другой стороны, фоторезисты достаточно быстро разрушаются при ионной бомбардировке в присутствии кислорода.
Стойкость фоторезистов к воздействию ионов определяет возможность практической реализации метода плазменного травления. Первые экспери-менты по травлению были проведены с обычными фоторезистами.
Механизм плазменного травления полимерных материалов, и в том числе фоторезистов, пока не поддается четкому объяснению. В связи с этим до настоящего времени идет чисто эмпирический подбор соответствующих защитных масок. Однако при разработке или выборе фоторезистов для плазменного травления можно в определенной степени исходить из аналогии поведения полимерных материалов под действием ионных и электронных пучков. Стойкость защитных пленок фоторезистов может быть значительно повышена при введении в их состав специальных добавок, уменьшающих разрушение материала при ионной бомбардировке.
Отмечено, что скорость распыления фоторезистов сильно зависит от технологии их применения и в первую очередь от условий пленкообразо-вания и сушки. Пленки фоторезистов, высушенные в атмосфере инертного газа, обладали значительно большей стойкостью к действию плазмы, чем те же покрытия, сформированные на воздухе. Этот факт достаточно просто объясняется тем, что сушка на воздухе приводит в какой-то степени к окислению полимерных молекул и появлению у них «слабых мест» в виде перекисных пли кетонных групп, которые при ионной бомбардировке разрушаются в первую очередь, вызывая общее разрушение полимеров.
При изучении селективного травления металлов и окислов было пока-зано, что скорость травления фоторезистов зависит и от материала подложки. При травлении материала подложки может происходит параллельный процесс его осаждения на защитную маску фоторезиста. Предполагают, что при этом могут возникать интерметаллические соединения с продуктами разложения фоторезистов (например, карбиды металлов или твердые растворы). Этот фактор также в широких пределах может изменять скорость распыления защитной маски.
Таким образом, процессы плазменного травления, имея широкую перспективу практического применения, в настоящее время требуют к себе более внимательного подхода как с точки зрения оптимизации самого процесса, так и в плане создания стойких защитных материалов и детального изучения комбинированных операций травления защитных масок и материалов подложки.


3. УДАЛЕНИЕ ФОТОРЕЗИСТОВ И ОЧИСТКА ПОДЛОЖЕК


Завершение цикла фотолитографических операций заключается в уда-лении пленки фоторезиста поверхности подложки.
При выборе метода удаления фоторезиста прежде всего следует исходить: из химического строения, растворимости в определенном круге растворителей, характера прошедших фотохимических или термических процессов, возможности применения механического воздействия и устойчивости материалов подложки к режимам удаления.
Для удаления фоторезистов в настоящее время применяются физико-химические, химические и физические методы.
Основным технологическим приемом химического метода удаления фоторезистов является либо их обработка в соответствующих растворителях, либо комплексная обработка с применением окислителей.
Наиболее легко удаляются пленки позитивных фоторезистов обычным растворением в ацетоне, диоксане, диметилформамиде или водно-щелочных растворах. Однако если процессу травления предшествовала достаточная для термолиза температурная обработка, то процесс удаления фоторезистов зна-чительно усложняется и вызывает необходимость либо применения окис-лителей, либо механического воздействия.
Негативные фоторезисты, структурированные под действием света, не растворяются при обработке растворителями, поэтому их удаление с приме-нением растворителей всегда связано с применением механического воздействия.
Наиболее широко применяемым методом для негативных фоторезистов является погружение в хлорированные углеводороды при температуре 80 – 175(С для набухания и затем в растворы кислот для ослабления адгезии пленки с подложкой.
Повышение требований к точности воспроизведения геометрических размеров элементов тонкопленочных схем явилось причиной применения непосредственно приемов фотолитографии при их изготовлении, например, таких как метод контактной маски («взрывная» фотолитография) и метод прямой фотолитографии с применением селективного химического травления.




4. МЕТОДЫ «ПРЯМОЙ» И «ОБРАТНОЙ» ФОТОЛИТОГРАФИИ.


4.1 МЕТОД КОНТАКТНОЙ МАСКИ

Метод контактной маски (отслаивание, «взрывная» фотолитография, «обратная» фотолитография) - метод получения элементов микросхем, заключающийся в экранировании с помощью контактной маски участков подложки от нанесения материала элементов микросхем.
Контактная маска изготавливается и существует только на поверхности подложки и не может быть от нее отделена. Материал контактной маски (медь, алюминий, никель, окись висмута, фоторезист) должен отвечать следующим требованиям:
не испаряться в процессе нанесения материала тонкопленочных элементов и химически не взаимодействовать с ним;
обладать малым коэффициентом диффузии;
легко удаляться с подложки способом, не влияющим на свойства материала тонкопленочных элементов.
В зависимости от материала контактной маски существуют две разно-видности этого метода. Сущность первого (прямой вариант) состоит в том, что на чистую подложку наносят слой фоторезиста, экспонируют и проявляют его, а на полученное рельефное изображение наносят сплошной слой материала тонкопленочного элемента. Обработка полученной заготовки в растворителе для фоторезиста приводит к удалению участков материала тонкой пленки, лежащих на слое фоторезиста (рис. 2).























Рис. 2. Схема получения тонкопленочных элементов с применением контактной маски (прямой вариант).
а - подложка; б - нанесение фоторезиста; в - экспонирование; г - проявление фоторезиста; д - нанесение слоя материала тонкопленочного элемента; е - готовый тонкопленочный элемент на подложке;
1 - пленка позитивного фоторезиста; 2 - фотошаблон.



Второй (косвенный) вариант заключается в том, что на подложку для микросхемы наносят сплошной слой материала контактной маски и с помощью обычного фотолитографического процесса получают требуемую конфигурацию маски. Далее удаляют фоторезист и на подложку с контактной маской наносят слой материала тонкопленочного элемента. При последующей обработке в травителе, селективном по отношению к максирую-щему материалу, последний вытравливается, и материал тонкопленочного элемента, лежащий над ним, отрывается от подложки.
Таким образом происходит формирование тонкопленочных элементов схемы (рис. 3).





























Рис. 3. Схема получения тонкопленочных элементов с применением контактной маски (косвенный вариант).
а - подложка; б - сплошной слой материала контактной маски; в - нанесение фоторезиста; г - экспонирование; д - проявление фоторезиста: е - травление или растворение открытых участков материала контактной маски;
ж - готовая контактная маска на подложке; з - нанесение слоя материала тонкопленочного элемента; и - готовый тонкопленочный элемент на подложке; 1 - пленка негативного фоторезиста; 2 - фотошаблон.


Косвенный вариант довольно сложен и трудоемок, поэтому использо-вание его происходит только в случае невозможности по каким-либо причинам применения других способов (например, при жестких условиях формирования резистивной пленки SnO2).
Оба варианта метода контактной маски иногда называют методом «взрывной фотолитографии». По прямому варианту можно получать, например, танталовые сопротивления. При использовании позитивного фоторезиста AZ-1350 можно получить линии шириной примерно 0,4 мкм при высокой четкости края.
Метод контактной маски является весьма перспективным в ряде технологических процессов. Он обеспечивает большую точность и четкость края и применим не только для вакуумного, но и для катодного распыления, а также для пиролизных способов получения тонких пленок.


Интересной модификацией данного способа является практическое использование эффекта подтравливания элементов схем с последующим применением метода контактной маски.
Данный способ был применен для случая получения пленочных тун-нельных диодов при формировании узких зазоров между элементами. Он заключается в следующем (рис. 4).











Рис. 4. Схема процесса использования эффекта «подтравления» (а-г).
1 - фоторезист; 2 - алюминий.

На подложку напыляется пленка алюминия и проводится ее фотолито-графия. При травлении алюминия размеры алюминиевых элементов будут меньше на величину подтравливания
·, чем размер соответствующих маскирующих элементов из защитной пленки фоторезиста. Затем, не удаляя фоторезист, на подложку напыляют второй слой алюминия, который располагается по всей поверхности подложки, кроме зазоров под защитной маской фоторезиста. При проведении операции удаления фоторезиста происходит соответствующее удаление верхних слоев алюминия, а между элементами на первом слое алюминия и вновь сформированными элементами образуется зазор, равный величине подтравливания. При возможности точного и управляемого воспроизведения геометрических размеров элементов, можно формировать данным способом длинные и узкие зазоры между элементами топологии (ширина зазора может доходить до 0,1 мкм), что практически невозможно при контактном методе фотолитографии.
Условия формирования тонкопленочных элементов при их нанесении с применением свободной маски далеки от идеальных. Это связано с тем, что теплопроводность маски и подложки различна и на открытых участках под-ложки возникает определенный градиент температуры.
В условиях применения контактной маски этот градиент значительно снижается.
Наиболее благоприятным для снижения градиента температур является нанесение тонкой пленки сплошным слоем на однородную подложку. Это возможно в случае применения фотолитографической технологии с исполь-зованием метода селективного химического травления.


4.2 МЕТОД СЕЛЕКТИВНОГО ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ


Использование этого метода связано с применением обычного фото-литографического процесса. Поэтому методу селективного химического травления присущи все выше описанные закономерности фотолитографии. Однако в связи с многообразием материалов, применяемых для изготовления пассивных элементов тонкопленочных схем ужесточаются условия травления, т. е. повышаются требования к селективности травителя и к химической стойкости пленки фоторезиста, которая должна быть достаточной в различных агрессивных средах.
В зависимости от сложности топологии микросхемы могут быть при-менены два способа. Один из них - с однократным применением фотолитографии для изготовления резисторов микросхем, межсоединения которых могут быть выполнены с помощью масок. При этом устраняется необходимость трудоемкого изготовления маски первого слоя. Сущность этого способа заключается в том, что на подложку напыляют сплошной резистивный ме-таллосилицидный слой, а сверху через маску проводники и контактные площадки из золота с подслоем ни хрома или хрома. Затем наносят фоторезист и проводят экспонирование, совмещая с контактными площадками изображения резисторов на фотошаблоне. После процессов экспонирования и проявления проводят травление незащищенных участков резистивного слоя в травителе, не реагирующем с золотом и нихромом (хромом) (рис. 5). Это так называемая “прямая” фотолитография.















































Рис. 5. Схема метода одинарного селективного химического травления (одинарная фотолитография).
а - подложка; б - нанесение резистивной пленки; в - нанесение контак-тов через свободную маску; г - нанесение фоторезиста; д –экспони-рование; е - проявление фоторезиста; ж - селективное травление резистивного слоя; з - удаление фоторезиста;
1 - фоторезист; 2 - фотошаблон.













6. Заключение


Основным требованием, предъявляемым к процессу фотолитографии, является чрезвычайно высокая точность нанесения рисунка, минимальные размеры элементов которого (ширина полосы, диаметр отверстия) достигают 2 - 5 мкм и соответственно точность их должна быть не менее 0,2 - 1 мкм. Так как фотолитографическую обработку каждой подложки выполняют многократно (3 - 12 раз) и при этом каждый раз наносят новый рисунок, точность их совмещения должна быть такой же.
Другое важное требование состоит в том, чтобы число дефектов, вно-симых фотолитографией, было минимальным. Несовершенство применя-емых при фотолитографической обработке материалов и технологических операций вызывает в обрабатываемом тонкопленочном, покрытии микро-дефекты размерами от долей микрометра до нескольких десятков микро-метров, которые являются одной из главных причин брака изготовляемых структур (транзисторов, резисторов, проводников, микросхем). Обычно средняя плотность дефектов должна быть не более 0,1 - 1 см-2.
Фотолитография играет первостепенную роль в производстве полу-проводниковых приборов и микросхем, и чаще всего именно её возмож-ностями определяются электрические параметры и выход годных приборов и микросхем.






















ЛИТЕРАТУРА

Введение в фотолитографию под ред.В.П.Лаврищева, М.: «Энергия», 1977г.
О.К. Мокеев, А.С. Романов. «Химическая обработка и фотолитография в производстве полупроводниковых приборов и микросхем», М: «Высшая школа», 1985 г.
Ф.П. Пресс. «Фотолитографические методы в технологии полупровод-никовых приборов и интегральных микросхем», М: «Советское радио», 1978 г.
У. Моро. «Микролитография», М: «Мир», 1990 г.
А.И. Курносов, В.В. Юдин. «Технология производства полупровод-никовых приборов и интегральных микросхем», М: «Высшая школа», 1979 г.

Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 8212865
    Размер файла: 722 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий