27 Лекция 15

15. Физико-химические и физические основы микролитографии

В технологии почти всех радиоэлектронных изделий одной из основных задач является создание на каком-либо основании (пластине, плате, пленке и пр.) заданного топологического рисунка элементов этих изделий (проводников, резисторов, индуктивных элементов, контактных площадок и т.п.). Такая задача выполняется с помощью операций, называемых литографией. Этот термин заимствован из полиграфии, где с помощью фотолитографии рельефное изображение наносилось на литографский камень, служащий формой для печати.

Литография -это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.

Актиночувствительнымназывается слой, который изменяет свои свойства (растворимость, химическую стойкость) под действием актиничного излучения (например, ультрафиолетового света или потока электронов).

Литографические процессы позволяют:

- получать на поверхности окисленных полупроводниковых подложек свободные от слоя оксида области, задающие конфигурацию полупроводниковых приборов и элементов ИМС, в которые проводится локальная диффузия примесей для создания p-n-переходов;

- формировать межсоединения элементов ИМС;

- создавать технологические маски из резистов, обеспечивающие избирательное маскирование при ионном легировании.

Широкое применение литографии обусловлено следующими достоинствами: высокой воспроизводимостью результатов и гибкостью технологии, что позволяет легко переходить от одной топологии структур к другой при смене шаблонов; высокой разрешающей способностью актиничных резистов; универсальностью процессов, обеспечивающих их применение для самых разнообразных целей (травления, легирования, осаждения); высокой производительностью, обусловленной групповыми методами обработки.

Процесс литографии состоит из двух основных стадий:

- формирования необходимого рисунка элементов в слое актиночувствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением;

- травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную топологическую маску или непосредственно использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании.

В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO₂и нитрида кремнияSi₃N₄, а межсоединений – пленки некоторых металлов. Все пленки называюттехнологическим слоем.

В зависимости от длины волны используемого актиничного излучения применяют следующие методы литографии:

- фотолитографию (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения = 250440 нм);

- рентгенолитографию (длина волны рентгеновского излучения 0,52 нм);

- электронолитографию (поток электронов, имеющих энергию 10 – 100 кэВ или длину волны = 0,05 нм);

- ионолитографию (длина волны излучения ионов =0,050,1 нм).

В зависимости от способа переноса изображения методы литографии могут быть контактными и проекционными, а также непосредственной генерации всего изображения или мультипликации единичного изображения. В свою очередь, проекционные методы могут быть без изменения масштаба переносимого изображения и с уменьшением его масштаба.

В зависимости от типа используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные.

Принципиальная схема процесса литографии приведена на рис. 15.1. Схема является общей практически для всех литографических способов.

Литография является прецизионным процессом, т.е. точность создаваемых рисунков элементов должна быть в пределах долей микрометра. Кроме того, различные методы литографии должны обеспечивать получение изображений необходимых размеров любой геометрической сложности, высокую воспроизводимость изображений в пределах полупроводниковых кристаллов и по рабочему полю подложек, а также низкий уровень дефектности слоя сформированных масок. В ином случае значительно снижается выход годных изделий.

Рис.15.1. Образование защитного рельефа с помощью позитивного (а) и негативного (б) фоторезистов: 1 – фотошаблон; 2 – фоторезист; 3 - подложка

Изучение физико-химических основ ТП литографии требует знания основ прикладной фотохимии, определяющей закономерности протекания химических процессов, обусловленных действием света (излучения), прикладной оптики, анализирующей принципы и точность формирования заданного изображения на чувствительном к данному виду излучения слое; теории растворимости и распыления различных материалов под действием химических реактивов и плазменных, плазмохимических и ионно-лучевых процессов.