Метод фотолитографии

Этот метод позволяет получить конфигурацию элементов любой сложности и имеет большую точность по сравнению с масочным, однако он более сложен, так как включает ряд прецизионных операций. При использовании фотолитографии процессы нанесения пленок и формирование конфигураций пленочных элементов во времени разделены. Существует несколько разновидностей метода фотолитографии. Метод прямой фотолитографии предусматривает такую последовательность формирования пленочных элементов: нанесение сплошной пленки материала тонкопленочного элемента, формирование на ее поверхности фоторезистивной контактной маски, вытравливание через окна в фоторезисте лишних участков пленки. Контактная маска из фоторезиста или другого материала, более стойкого к последующим технологическим воздействиям, воспроизводит рисунок фотошаблона на пленке.

Принцип создания тонкопленочной микросхемы, содержащей резисторы, проводники и контактные площадки, с использованием метода прямой фотолитографии представлен на рис. 2, а — г. После нанесения в вакууме сплошной пленки резистивного материала проводится фотолитография. На рис. 2, а зачерчены области, не подвергающиеся воздействию актиничного изучения при фотолитографии, т. е. по существу это рисунок первого фотошаблона. Экспонированный фоторезист удаляется (растворяется), после чего пленка резистивного материала стравливается с участков, не защищенных фоторезистом. Далее на подложки в вакууме наносится сплошная пленка алюминия. После фотолитографии и травления алюминия проводящая пленка остается только в областях контактных площадок и проводников (на рис. 2, б участки проводящего материала зачерчены). При этом сформированные на предыдущем этапе резисторы не повреждаются. После нанесения поверх проводящих элементов и резисторов защитного слоя стекла проводится еще одна, третья фотолитографическая обработка, в результате которой стекло удаляется из областей над контактными площадками, а также по периметру платы (рис. 2, в) для скрайбирования и последующего разделения подложки на платы. Сформированная таким образом пленочная структура показана на рис. 2, г.

Рис. 2. Технологический маршрут изготовления тонкопленочной ГИС, содержащей резисторы, проводники и контактные площадки, методом прямой фотолитографий: а — фоторезистивная маска на сплошной пленке резистивного материала (позитивный фоторезист); б — сформированные тонкопленочные резисторы и фоторезистивная маска для создания алюминиевых проводников и контактных площадок (позитивный фоторезист); в — фоторезистивная маска на защитном покрытии (негативный фоторезист); г — топология пленочных элементов ГИС.

Рис. 3. Технологический маршрут получения пленочного элемента с использованием контактной маски: а — подложка; б — напыление материала контактной маски; в — нанесение фоторезиста; г — экспонирование; д — проявление; е — травление материала контактной маски через фоторезистивную маску; ж— снятие фоторезиста; з — напыление материала пленочного элемента; и — травление материала контактной маски.

Метод обратной, или, как его иногда называют, взрывной, фотолитографии (рис. 3) отличается от предыдущего тем, что сначала на подложке формируется контактная маска, затем наносится материал пленочного элемента, после чего производится удаление контактной маски. При этом возможны два варианта нанесения пленки на контактную маску. Первый вариант — сначала пленка осаждается как на контактную маску, так и на свободные от нее участки подложки. Затем при быстром (взрывном), стравливании контактной маски вместе с ней удаляются и участки пленки, расположенные поверх маски (селективное травление). Метод реализуется при термовакуумном напылении, ионном распылении, осаждении из парогазовой смеси. Второй вариант — пленка осаждается только на свободные от маски участки подложки (селективное осаждение). Метод может, использоваться при электролитическом осаждении электропроводящих материалов. Этот метод нельзя применять для создания многослойных конструкций ГИС, так как для получения рисунка очередного слоя требуется обработка травителем и тщательная очистка подложки от химических реактивов, без чего невозможно добиться удовлетворительной адгезии при осаждении последующих слоев. Поэтому технологический процесс стараются построить так, чтобы нанести все слои микросхемы, а затем последовательным избирательным травлением получить их рисунок.

При фотолитографическом методе для изготовления ГИС, содержащих резисторы и проводники, используют также два других технологических маршрута. Первый вариант — напыление материала резистивной и проводящей пленок; фотолитография проводящего слоя; фотолитография резистивного слоя; нанесение защитного слоя (рис. 4), Второй вариант — после проведения первых двух операций, тех же, что и в предыдущем варианте, сначала осуществляют фотолитографию и травление одновременно проводящего и резистивного слоев, затем вторую фотолитографию для стравливания проводящего слоя в местах формирования резистивных элементов (рис. 5), после чего следует нанесение защитного слоя и фотолитография для вскрытия окон и нем над контактными площадками.

Рис. 4. Технологический маршрут получения резнстивного и проводящего элементов методом двойкой фотолитографии: а — подложка; б — напыление сплошных резистивного и проводящего слоев; в — нанесение фоторезиста; г — экспонирование; д — проявление; е — травление проводящего слоя; ж — снятие фоторезиста; з — нанесение фоторезиста; и — экспонирование; к — проявление; л — травление резистивного слоя; м — снятие фоторезиста.

Рис. 5. Технологический маршрут получения резистивного и проводящего элементов методом двойной фотолитографии: п. — подложка; б — напыление сплошных резистивного и проводящего слоев; в — нанесение фоторезиста; г — экспонирование; д — проявление; е — травление проводящего слоя; ж — травление резистивного слоя; з — снятие фоторезиста; и — нанесение фоторезиста; к — экспонирование; л — проявление; м — травление проводящего слоя; н — снятие фоторезиста.

При производстве пленочных микросхем, содержащих проводники и резисторы из двух различных (высокоомного и низкоомного) резистивных материалов, рекомендуется такая последовательность операций: поочередное напыление пленок сначала высокоомного, затем низкоомного резистивных материалов; напыление материала проводящей пленки; фотолитография проводящего слоя; фотолитография низкоомного резистивного слоя; фотолитография высокоомного резистивного слоя; нанесение защитного слоя.