Лекция
Литография - как технологическая основа формирования геометрии элементов
Общие сведения
Фотолитография.
Фоторезисты.
Нанесение фоторезиста
Экспонирование фоторезиста
Термообработка фоторезиста
Процесс фотолитографии
Фотошаблоны.
Рентгеновская литография.
Электронно-лучевая литография.
Ионно-лучевая литография.
.
Общие сведения
Применение литографии. Внедрение литографии в полупроводниковое производство в 1957 г. определило дальнейшее развитие элементной базы электроники и позволило перейти от дискретных элементов к интегральным.
Основное назначение литографии при изготовлении структур микросхем – получение на поверхности пластин (или подложки) контактных масок и перенесения топологии (рисунка) маски на материал данного слоя.
Литография – это процесс формирования отверстий в масках, созданных на поверхности пластины (подложки) и предназначенных для локального легирования, напыление и других операций.
Литография основана на использовании особых высокомолекулярных соединений – резистов. Резисты изменяют свои физико-химические свойства под действием разного рода актиничных излучений – ультрафиолетового (фотолитография), рентгеновского (рентгенолучевая литография), потока электронов (электронолитография).
Актиничное излучение — излучение, энергия кванта которого достаточна для воздействия на светочувствительный состав, что вызывает фотохимические реакции и изменение физических и химических свойств облученных областей покрытия.
Процесс литографии можно разделить на три этапа.
Первый этап – формирование слоя резиста состоит из следующих операций:
подготовка поверхности подложек,
нанесение слоя резиста,
термообработка (первая сушки) слоя.
Второй этап – формирование резистивной контактной маски (передача топологического рисунка на слой резиста). В него входят следующие операции:
совмещение,
экспонирование,
проявление,
термообработка (вторая сушка).
Третий этап – передача топологического рисунка резистивной контактной маски на обрабатываемый слой микросхемы. Он состоит из операций
травления и
удаления резистивной маски.
Рис. 1. Этапы ( I, II, III) и операции (1... 8) литографического процесса: I - формирование слоя резиста; II - передача рисунка на слой резиста; III - передача рисунка на материал ИМ
К л а с с и ф и к а ц и я м е т о д о в л и т о г р а ф и и.
В зависимости от типа применяемого излучения различают оптическую, рентгеновскую, электронную и ионную литографии (рис.2).
Рис. 2. Классификация литографических процессов
1 Оптическая литография (фотолитография )
Стандартная фотолитография. Для стандартной фотолитографии применяют фоторезисты, чувствительные к ультрафиолетовому (УФ) излучению с длиной волны от 310 до 450 нм.
Чувствительные к свету соединения (фоторезисты) в жидком состоянии наносятся на подготовленную поверхность подложки и сушатся. В процессе сушки удаляется растворитель, возрастает плотность упаковки молекул и адгезия слоя фоторезиста к подложке.
После совмещения фотошаблона с предшествующим технологическим слоем сформированный слой фоторезиста подвергается локальному воздействию ультрафиолетового излучения (экспонируется) (рис. 3,а; 4а). В качестве источников ультрафиолетового излучения применяются ртутно-кварцевые лампы. Экспонированные участки фоторезиста изменяют свои физико-химические свойства.
При последующей обработке химическими реактивами (проявлении) происходит устранение с подложки освещенных или неосвещенных участков пленки фоторезиста в зависимости от типа фоторезиста (рис. 3,б, 4,б).
Далее осуществляют вторую термообработку пленки фоторезиста (задубливание): ее постепенно нагревают до максимальной температуре 150C на протяжении 1…1,5ч. За это время удаляются остатки проявителя, воды, повышается химическая стойкость к травителям и возрастает адгезия фоторезистивной пленки к подложке.
Таким образом, из пленки фоторезиста создается защитная маска с соответствующим рисунком, который дальше переносится на слой диоксида кремния (рис. 3,в; 4в) в результате процесса травление.
Фоторезистивную маску удаляют с помощью жидких растворителей или плазмохимическим методом. Одновременно происходит очистка подложек от загрязнений, которые возникли во время фотолитографии.
Рисунок 3– Формирование защитного слоя с помощью негативного фоторезиста: а – экспонирование фоторезиста; б – рисунок на фоторезисте; в – рисунок, полученный травлением