Литература

1. Процессы микро- и нанотехнологии / Т.И. Данилина, К.И. Смир-нова, В.А. Илюшин, А.А. Величко. – Томск: ТУСУР, 2005.

2. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. – М.: Высш. шк., 1986.

Лабораторная работа №4

Фотолитография в производстве

полупроводниковых приборов

и интегральных схем

Цель работы – изучение технологического процесса фотоли- тографии и получение навыков работы на технологическом обору- довании.

1. Общая характеристика процесса фотолитографии

В производстве интегральных схем литографией называется процесс изготовления элементов заданной формы и размеров в слое металла, диэлектрика или полупроводника путем травления через маску из химически стойкого органического материала – резиста. Маска изготовляется с помощью локального воздействия излучения того или иного рода на сплошной слой резиста, предварительно нанесенного на обрабатываемую поверхность, и последующей химической обработки – проявления. В зависимости от типа излучения различают: фотолитографию (ультрафиолетовое излучение), ренгенолитографию (рентгеновское излучение), электронолитографию (поток электронов) и ионолитографию (поток ионов). Локальность действия излучения обеспечивается путем использования шаблонов (фото-, рентено- и электронолитографии) либо растровым сканированием сфокусированным пучком (электроно- и ионолитографии).

Литография применяется как для формирования рисунка рабочих об-ластей, так и для создания отдельных масочных слоев (например, в слое на). Литографический процесс включает в себя следующие основные операции: нанесение на подложку резиста; экспонирование резиста излучением; проявление скрытого изображения в проявителе и получение защитного рельефа. В процессе производства интегральных схем литографические процессы применяются многократно. При этом используется комплект согласованных друг с другом шаблонов.

2. Основные свойства фоторезистов

Резисты – высокомолекулярные соединения, способные изменять свои свойства, в частности растворимость, под действием излучения. В фотолитографии применяются фоторезисты (ФР), в которых излучение ультрафиолетового диапазона стимулирует фотохимические процессы, действие которых приводит к уменьшению растворимости экспонированной области (негативные фоторезисты) или повышению растворимости экспонированной области (позитивные фоторезисты). При использовании негативного фоторезиста в облучаемых участках протекает реакция фотополимеризации или инициированной сшивки линейных полимеров. В случае позитивного фоторезиста в облучаемых участках происходит реакция фотолиза (разложения) с образованием веществ, растворимых в проявителе. После обработки экспонированного слоя фоторезиста в составе, удаляющем растворимые участки, образуется рельефное изображение. Оставшиеся участки слоя резиста устойчивы к воздействию агрессивных факторов – кислот, щелочей и т.д. В состав фоторезистов входят следующие компоненты: светочувствительные составляющие, пленкообразующие продукты и растворители.

Позитивные фоторезисты изготавливаются на основе нафтохинондиазидов. Негативные фоторезисты можно разбить на три группы: на основе эфиров коричной кислоты и поливинилового спирта – поливинил-циннаматы; на основе циклокаучуков; на основе фотополимеризующихся композиций (акриловые или стирольные сополимеры).

Фоторезисты характеризуются следующими параметрами: разрешающей способностью, светочувствительностью, стойкостью к воздействию агрессивных факторов, адгезией и стабильностью.

Разрешающая способность – число полос из фоторезиста, разделенных промежутками такой же ширины на длине 1 мм (число линий на миллиметр). Pазрешающая способность зависит от толщины фоторезистивного слоя и применяемого фотолитографического оборудования. При толщине слоя позитивных фоторезистов 0,2...0,3 мкм достигается предельная разрешающая способность 1000...2000 лин./мм. Однако такой толщины пленки фоторезиста нельзя получить с малой дефектностью. Поэтому обычно используют фоторезистивные слои толщиной не менее 0,7...1 мкм.

Светочувствительность – величина, обратная экспозиции, т.е. количеству световой энергии, необходимой для облучения фоторезиста, чтобы перевести его в нерастворимое (негативный ФР) или растворимое (позитивный ФР) состояние.

Химическая стойкость характеризует способность резиста защищать подложку от действия травителя. Критерием стойкости является время, в течение которого фоторезист выдерживает действие травителя до появления таких дефектов, как частичное разрушение, отслаивание, локальное растравливание или подтравливание его на границе с подложкой. Как правило, стойкость резиста оценивают по величине бокового подтравливания при заданной глубине травления.

Адгезия фоторезиста характеризует его сцепление с подложкой. Адгезия определяет уход размеров элементов в процессах проявления и подтравливания при последующем формировании рельефа.

Стабильность эксплуатационных свойств фоторезистов во времени выражается сроком службы при определенных условиях хранения и использования.

В отечественной практике в основном используются позитивные фоторезисты, так как выпускаемые негативные резисты не позволяют получить такую же разрешающую способность, как позитивные. При выборе резиста большое значение имеют не только разрешающая способность, но и кислото- или щелочестойкость. Как правило, позитивные резисты не выдерживают щелочных травителей, негативные резисты устойчивы к воздействию кислот и щелочей, особенно резисты на основе каучуков.