книги / Технологическое проектирование микросхем СВЧ

Рис. 4.7. Зависимость отклонения шири­ ны линии Atoфоторезиста от поглощенной энергии Е

Рис. 4.8. Взаимосвязь времени экспонирова­ ния г с отклонением ширины линии Aw фо­ торезиста для различного времени проявле­ ния:

9(1), 6(5) и 3(5) мин

Изменение профиля фоторезистивнои маски после про­ явления приведено на рис. 4.9. В процессе проявления фото­ резиста необходимо контролировать следующие параметры:

Рис. 4.9. Изменение профиля фоторезиста в процес­ се проявления:

а - экспонирование; б - проявление фоторезиста; wHou - но­

минальная ширина линии фоторезиста; Aw - изменение раз­ мера; 4 - толщина слоя фоторезиста; A4 - уменьшение тол­ щины фоторезиста при проявлении; Î - фотошаблон; 2 - фо­

торезист (позитивный); S - металлическая пленка; 4 ” под­ ложка

температуру и концентрацию проявителя, время проявления, время между нанесением фоторезиста и экспонированием. От концентрации проявителя и способа его взаимодействия с фоторезстом зависит воспроизводимость ширины фоторезистивной маски (рис. 4.10). Анализ кривых R\ - Д4 показывает, что отклонение геометрических размеров в слое фоторезиста становится слабо зависимым от концентрации раствора и вре­ мени проявления с уменьшением концентрации растворителя. Используя разбавленные растворы для проявления фоторези­ ста, можно регулировать время проявления.

Выбор оптимальных параметров процесса проявления за­ висит от способа взаимодействия проявителя со слоем фото­ резиста. Скорость протекания процесса проявления увеличи­ вается при подаче на подложку распыленной струи раствори­ теля. В этом случае можно использовать менее концентри­ рованные растворы, тем самым снизив строгий контроль за временем проявления. Достоинством растворов с малой кон­ центрацией проявителя является однократность их использо­ вания, что повышает чистоту и качество обработки.

Дю, мкм

Рис. 4.10. Зависимость отклонении ширины Aw фоторезистивного элемента от времени проявления г:

В процессе проявления фоторезиста происходит “истоще­ ние” раствора, что потребует корректировки параметров экс­ понирования.

Можно отметить следующие факторы, влияющие на рас­ творимость фоторезистов при проявлении:

-доза экспонирования, т.е. степень фотохимического из­ менения фотоактивного вещества;

-степень химического взаимодействия фотоактивного и связующего вещества;

-поверхностные эффекты: высыхание, окисление связу­ ющего вещества и др.;

-количество влаги и летучих растворителей в фоторези­

сте.

Т ер м и ч еск ая обработка. Эта обработка является за­ вершающей стадией получения фоторезистивной маски. Она

цессы полимеризации вещества в негативных фоторезистах, а в позитивных - его разрушение.

где t/церт и Vrop - скорости травления в вертикальном и гори­ зонтальном направлениях.

Для изотропного травления К& = 1. Значение К* зависит от способа травления, состава травящих сред и структуры материала, подвергаемого травлению.

3. Коэффициентом бокового травления может быть оце­ нен конечный результат травления вне зависимости от харак­ тера протекания процесса травления в горизонтальном и вер­ тикальном направлениях:

AW r

Л^б.т — A tr ’

где AWT и A tT - изменение ширины с одной стороны пленки

иизменение толщины элемента в момент времени г.

4.Коэффициент стойкости защитной маски (фоторе­ зиста, металла) к травлению

где vnл и V3,M - скорости травления пленки и защитной маски. Чем больше этот коэффициент, тем большую толщину пленки можно подвергнуть травлению или уменьшить тол­

щину маски.

5. Коэффициент искажения формы профиля

Яя.ф = f(A w t),

где f(Aw t) - функция, характеризующая форму профиля; Awt - отклонение ширины элемента по толщине слоя.

Коэффициент искажения профиля зависит от структуры и плотности вещества, подвергаемого травлению, применяе­ мых травящих растворов (или газовых сред) и их характери­ стик.

Так, например, при жидкостном травлении с использо­ ванием растворов кислот или их смесей скорость и характер

протекания процесса зависят от состава травителя, его темпе­ ратуры и ограничивается диффузией травителя и продуктов реакции.

6. Коэффициент неоднородности травления Ки.Т отра­ жает различие в окончании процесса травления в различных участках подложки.

Причинами неоднородности травления являются разли­ чия в толщине пленки (±Д*,) и скоростях травления (±Дг;,) на различных участках подложки.

В производственных условиях партия подложек обраба­ тывается одновременно в течение времени

_ ^теор

Реальное время травления в точке t подложки будет

акоэффициент неоднородности травления

Кк.Т = Т ^ .т. гми.н .100% .

Тмакс + Тмин

Понятие “неоднородность” травления можно классифици­ ровать по трем категориям:

-неоднородность на одной пластине (подложке);

-неоднородность в пределах одной партии пластин (под­ ложек);

Т а б л и ц а 4.3. Коэффициент неоднородности травления для различных способов и партий подложек

линии пленочного элемента отличается от ширины фоторезистивной маски за счет явления “подтравливания” ; одновре­ менно изменяется профиль элемента (см. рис. 4.11). Счи­ тая, что процесс жидкостного травления проходит изотроп­ но, фронт травления можно описать уравнением окружности с центром в точке О и радиусом г, т.е.

где г = »трт\ »тр - скорость травления; т - время травления. При нормальном окончании процесса травления боковое подтравливание верхней плоскости пленки равно толщине пленки t, т.е. A w \ = t и w = Шфр - 2Au/i; a AwH = 0 и

w H = И>фр.

При передержке времени травления граница подтравли­ вания перемещается в направлении оси *, достигая по верхней плоскости точки 2?i, апо нижней - А В этом случае величина подтравливания составляет

для верхней плоскости A tu; = t + Aw, a w = и>фР —2(t + +Дщ»),

для нижней плоскости: AwH, = Aw, а % = и>фР — 2Aw.

Рис. 4.11. Схема процесса жидкостного травления:

1 - подложка; 2 - пленка; 3 - фоторезист

Таким образом, при нормальном травлении боковая грань элемента представляет собой поверхность цилиндра с радиу­ сом г,- (при нормальном окончании процесса г,* = TQ = t). В том случае, если процесс травления не окончен своевременно, происходит изменение профиля и размеров элементов: увели­ чивается угол наклона боковой грани в, уменьшается ширина верхней и нижней плоскостей.

Скорость травления (основной параметр процесса) вели­ чина, зависящая от структуры пленки, ее плотности, концен­ трации примесей, внутренних напряжений, т.е. технологи­ ческих параметров процесса осаждения пленки. Кроме того, скорость травления зависит от параметров травления: темпе­ ратуры и концентрации травящих растворов, условий выде­ ления продуктов химических реакций и пр.

На рис. 4.12 приведен график зависимости времени тра­ вления резистивных пленок нихрома от температуры подлож­ ки в процессе осаждения. Как видно из графика, наимень­ шее время травления имеют пленки, осажденные на холодную (пи 25 °С) подложку. По-видимому эти пленки имеют “рых­ лую” структуру слабо связанных между собой частиц сплава.

4 Г

J

2

1

Рис. 4.12. Зависимость времени травления г пле­ нок нихрома, осажденных при различных темпе­ ратурах подложки t ( pQ = 90 Ом)

С повышением температуры текстура пленки становится бо­ лее упорядоченной, повышаются ее плотность и связь между частицами. Время травления такой пленки увеличивается.

В процессе формирования пленок легкоокисляющихся ме­ таллов, например хрома, происходит взаимодействие его ча­ стиц с молекулами остаточного газа - кислорода. В результа­ те происходит изменение состава и скорости травления плен­ ки.

Техника фотолитографической обработки может быть также применена к толстым пленкам, особенно в тех случаях, когда требуется получить размеры линий менее 80 мкм.

Перспективный способ фотолитографической обработки толстых пленок связан с использованием фоточувствительных паст, содержащих в своем составе светочувствительные веще­ ства.

Процесс травления фоточувствительных паст зависит от параметров их сушки: существует широкий диапазон параметров сушки - температуры (7 0 ...1 2 0 °С ) и времени (1 5 ... 30 мин).