19075

Основы литографических процессов. Фотолитография

Практическая работа

Физика

Лекция 4. Основы литографических процессов. Фотолитография В технологии микроэлектронных устройств литографические процессы универсальны и наиболее часто повторяемы. Они используются для получения контактных и прецизионных масок. Литографические процессы формирую...

Русский

2013-07-11

101.5 KB

36 чел.

Лекция 4.

Основы литографических процессов. Фотолитография

В технологии микроэлектронных устройств литографические процессы универсальны и наиболее часто повторяемы. Они используются для получения контактных и прецизионных масок. Литографические процессы формируют на поверхности слой стойкого к последующим технологическим воздействиям материала, способного под действием облучения определенной длины волны изменять необратимо свои свойства и прежде всего стойкость к проявителя. Резистивный слой, локально облученный с помощью шаблона, обрабатывают в проявителе, где в результате удаления локальных участков получают резистивную маску.

В зависимости от длины волны применяемого излучения различают оптическую (фотолитографию), рентгеновскую, электронную и ионную литографию.

ТИПЫ ЛИТОГРАФИИ И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ

Тип литографии

Источник воздействия на резист

Пространственное

разрешение

Фотолитография

Ультрафиолет

0,35 – 2 мкм

Электронолитография

сканирующая

электроны

 1 нм (Uуск =15 кВ)

3 нм

Электронолитография

проэкционная

электроны

Uуск =20 кВ

0,1 мкм

Рентгенолитография

 0,4- 1,3  нм

0,5 – 1,0  мкм

Рентгенолитография

синхротронная

 1,3 = 2,5  нм

0,05 – 0,5  мкм

Ионная литография

Протоны

E=150-250 кэВ

0,04 – 0,1  мкм

Лазерная литография

УФ, оптика

0,35 – 2 мкм

Под фотолитографией понимают процесс образования на поверхности подложки с помощью светочувствительных материалов локальных защитных участков пленки (микроизображение), рельеф которых повторяет рисунок топологии или схемы, и последующего переноса этого микроизображения на подложку.

Сущность фотолитографии заключается в следующем. На поверхность специально обработанной пластины (подложки) наносят тонкий слой светочувствительного материала –фоторезиста. После высыхания фоторезиста на исходной подложке образуется прочная пленка. Облучение этой пленки фоторезиста через прижатый  к ней фотошаблон ( контактная печать) светом (как правило ультафиолетом) приводит к изменению ее свойств. Проявление и полимеризация пленки фоторезиста позволяют получить в ней рельеф нужного рисунка, т.е. открытые (свободные от пленки фоторезиста) и закрытые (наличие пленки фоторезиста) участки пленки. Образовавшийся в пленке фоторезиста рельеф определенного рисунка переносят на подложку.

Образующиеся в пленке фоторезиста "окна" позволяют проводить ряд важнейших технологических операций: локальное травление подложки с целью удаления слоя полупроводникового материала и создания мезаструктур, вытравливание металлических слоев с целью создания омических контактов и токоведущих дорожек сложной геометрической формы.

Фотолитография может быть контактной (шаблон при переносе изображения приводится в полный контакт с фоторезистом (ФР)) и бесконтактной ( на микрозазоре либо проекционная ФЛ).

Рассмотрим подробнее фотолитографию. ФОТОЛИТОГРАФИЯ, это совокупность фотохимических процессов, а также способ формирования рельефного покрытия заданной конфигурации с помощью фоторезистов. Ф. обычно включает: 1) нанесение фоторезиста на металл, диэлектрик или полупроводник методами центрифугирования, напыления или возгонки; 2) сушку фоторезиста при 90-110 0C для улучшения его адгезии к подложке; 3) экспонирование фоторезиста видимым или УФ излучением через фотошаблон (стекло, кварц и др.) с заданным рисунком для формирования скрытого изображения; осуществляется с помощью ртутных ламп (при контактном способе экспонирования) или лазеров (гл. обр. при проекционном способе); 4) проявление (визуализацию) скрытого изображения Путем удаления фоторезиста с облученного (позитивное изображение) или необлученного (негативное) участка слоя вымыванием водно-щелочными и органическими растворителями либо возгонкой в плазме высокочастотного разряда; 5) термическую обработку (дубление) полученного рельефного покрытия (маски) при 100-200 0C для увеличения его стойкости при травлении; б) травление участков свободной поверхности травителями кислотного типа (напр., на основе HF, NH4F или CH3COOH) или сухими методами (напр., галогенсодержащей плазмой); 7) удаление маски растворителями или выжиганием кислородной плазмой. Масштаб передачи рисунка фотошаблона обычно 1:1 или 5:1 и 10:1 (при проекционном способе экспонирования).

При изготовлении интегральных схем процесс повторяют многократно на различных технологических слоях материала и при этом каждый послед. рисунок должен быть совмещен с предыдущим.

Часто для придания фоторезистному покрытию специфических свойствв (повышение стойкости к травителям, уменьшение отражения излучения от подложки, планаризация рельефа и др.) формируют многослойные покрытия, в к-рых один из слоев, обычно верхний, является собственно фоторезистом, а остальные имеют вспомогательные функции. Двухслойное покрытие м. б. сформировано и в однослойном фоторезисте путем локальной хим. модификации поверхности.

Фотолитография может быть контактной (шаблон при переносе изображения приводится в полный контакт с фоторезистом (ФР)) и бесконтактной ( на микрозазоре либо проекционная ФЛ).

Разновидности Ф.: так называемая взрывная (для получения рисунка на пленках металла) и инверсионная (для получения профиля изображения с отрицательным наклоном стенок). В первом случае рисунок получается путем напыления слоя металла на пластину с проявленным фоторезистом, а при снятии фоторезиста удаляют часть металлического слоя, осевшего на маску; во втором - на позитивном фоторезисте получают негативный рисунок.

Основные требования к Ф.: высокая разрешающая способность, минимально привносимая дефектность и большая производительность, которые определяются обычно свойствами фоторезистов, параметрами фотолитографич. оборудования и чистотой технологических помещений.

Вместе с другими видами микролитографии - электроно-, рентгено- и ионолитографией (соответственно экспонирование потоком электронов, рентгеновскими лучами и ионами легких элементов) - Ф. является одним из методов планарной технологии и применяется для изготовления интегральных микросхем, печатных плат, запоминающих устройств, высокочастотных приборов и др.

ФОТОРЕЗИСТЫ

Фоторезисты – сложные полимерные композиции. Фоторезисты, у которых растворимость экспонированного участка уменьшается, называют негативными (ФН), а ФР, растворимость которых после облучения возрастает, - позитивными (ФП). После обработки экспонированного ФР в составе, удаляющем растворимые участки, образуется рельефное изображение ( см. рис. ), которое должно быть устойчивым к воздействию технологических факторов.

Нанесение ФР на подложку. Чаще всего этот процесс осуществляется центрифугированием. При включении центрифуги жидкий ФР растекается под действием центробежных сил. Прилегающий к подложке граничный слой формируется в результате уравновешивания центробежной силы, пропорциональной числу оборотов, и силы сопротивления, зависящей от адгезии молекул резиста.

Окончательному формированию слоя фоторезиста способствует сушка.

После создания рельефа – окончательная сушка

Удаление ФР:

  •  диметилформамид (CH3)2NCOH
  •  дибутилфталат (C6H4COOC4H9)2
  •  диоксан C4H8O2
  •  толуол С7Н8.

ФОТОРЕЗИСТЫ, светочувствительные материалы, применяемые в фотолитографии для формирования рельефного покрытия заданной конфигурации и защиты нижележащей поверхности от воздействия травителей.

Ф. обычно представляют собой композиции из светочувствительных органических веществв, пленкообразователей (феноло-формальдегидные и др. смолы), органических растворителей и спец. добавок. Характеризуют Ф. светочувствительностью, контрастностью, разрешающей способностью и теплостойкостью. Область спектральной чувствительности Ф. определяется наличием в светочувствительных. органических веществах хромофорных групп способных к фотохимическим превращениям, и областью пропускания пленкообразователя.

По спектральной чувствительности различают Ф. для видимой области спектра, ближнего ( 320-450 нм) и дальнего (180-320 нм) УФ излучения, по характеру взаимодействия с излучением делят на позитивные и негативные. Ф. могут быть жидкими, сухими и пленочными. Жидкие Ф. содержат 60-90% по массе орг. растворителя, пленочные - менее 20%, сухие обычно состоят только из светочувствит. вещества. Жидкие Ф. наносят на подложку (см. Планарная технология)центрифугированием, напылением или накаткой валиком, сухие -напылением и возгонкой, пленочные - накаткой. Последние имеют вид пленки, защищенной с двух сторон тонким слоем светопроницаемого полимера, напр. полиэтилена. В зависимости от метода нанесения формируют слои толщиной 0,1-10 нм; наиб. тонкие слои (0,3-3,0 мкм) формируют из жидких Ф. методом центрифугирования или из сухих Ф. методом возгонки.

При экспонировании в слое Ф. образуется скрытое изображение. При этом светочувствительных компонент претерпевает ряд фотохимических превращений, напр. подвергается фотополимеризации или структурированию либо разлагается с выделением газообразных продуктов; в зависимости от этого светочувствительное вещество закрепляется (сшивается) на экспонированных участках и не удаляется при дальнейшем проявлении (визуализации) под действием органических или водно-щелочных растворителей или плазмы (негативные Ф.) либо переходит в растворимое состояние и легко удаляется с экспонированных участков при проявлении (позитивные Ф.).

Из позитивных фоторезистов наиболее распространены композиции, содержащие в качестве светочувствительного компонента сульфо-эфиры о-нафгохинондиазида (5-40% по массе), а в качестве пленкообразователя - новолачные смолы (до 50%). При экспонировании сульфоэфир переходит в сульфопроизводное инденкарбоновой кислоты и при проявлении под действием водно-щелочного растворителя удаляется с экспонированных участков поверхности вместе со смолой:

Среди негативных фоторезистов наиб. распространены композиции на основе циклоолефиновых каучуков с диазидами в качестве сшивающих агентов, а также сенсибилизированные поливиниловый спирт, поливинилциннамат и др. Схема превращения негативного Ф. на основе каучука и диазида представлена реакцией:

Сшитый полимер закрепляется на подложке, а рельефное изображение (маска) образуется в результате вымывания Ф. с неэкспонированных участков.

Для дальнего УФ излучения применяют позитивные Ф. на основе сенсибилизиров. полиметакрилатов и арилсульфоэфи-ров с фенольными смолами, а также негативные Ф. на основе композиций галогенированных полистиролов и диазидов с феноло-формальдегидными и др. смолами. Перспективны Ф., работающие на принципе хим. усиления скрытого изображения; такие Ф. в качестве светочувствительных компонента содержат ониевые соли (напр., Ph3S+X- и Ph2I+X-, где X = AsF6, SbF6, PF6, CF3SO3), катализирующие темновые реакции др. компонентов Ф. (напр., эфиров нафтолов, резольных смол).

Позитивные Ф. чувствительны к экспозиции 10-250 мДж/см2, имеют разрешающую способность 0,1-2,0 мкм, контрастность 1,5-5, теплостойкость 120-140 0C; негативные Ф., как правило, более чувствительны, но имеют худшую разрешающую способность.

Для получения защитных покрытий заданной конфигурации помимо Ф. используют материалы, чувствительные к воздействию пучка электронов с энергией 5-50 кэВ (элект-ронорезисты), рентгеновского излучения с0,2-0,5 нм (рент-генорезисты) или ионов легких элементов (напр., H+, Не+, O+, Ar+) с энергией более 50 кэВ (ионорезисты). В качестве наиболее вaжныx позитивных электроно-, рентгено- и ионорезистов применяют композиции на основе производных полиметакрилатов (напр., галоген-, циано- и амидозамещенных), поли-алкиленкетонов и полиолефинсульфонов, в качестве негативных - гомо- и сополимеры производных метакрилата, бутадиена, изопрена, стирола, кремнийорг. соединений и др.

Дополнительная литература по лекции.

1. Валиев К.А., Раков А.А., Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике, M., 1984; Светочувствительные полимерные материалы, под ред. А.В. Ельцова, Л., 1985. Г.К. Селиванов.

2. З.Ю. Готра. Технология Микроэлектронных устройств. Справочник, М.: Радио и связь, 1991, 528 с.

3.А.И. Курносов, В.В. Юдин. Технология производства полупроводниковых проборов и интегральных микросхем.М.: Высшая школа, 1986, 368 с.

4. M.У., Микролитография, пер. с англ., M., 1990.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

5222. Устройство клавиатуры и мыши 60.5 KB
  Устройство клавиатуры и мыши. Давайте же разберем устройство клавиатуры и мыши. Начнем с общей характеристики, которая присуща обоим устройствам - тип подключения к ПК. По этому типу они делятся на проводные и беспроводные. Проводные устро...
5223. Інвестиційний аналіз. Конспект лекцій 706.5 KB
  Ефективне реформування економіки України неможливе без масштабних інвестицій, які є одним з найважливіших факторів економічного зростання й відновлення, що забезпечує можливість модернізації діючих виробництв, створення і впровадження новітньо...
5224. Інженерна графіка. Опорний конспект лекцій 1.79 MB
  Графіки, діаграми, структурні та класифікаційні схеми. Креслення розрізів та фасадів будівлі. Архітектурно–будівельне креслення. Комплексні креслення поверхонь. Методи проекціювання...
5225. Інженерне обладнання будівель. Опорний конспект лекцій 2.92 MB
  Тема 1. Склад інженерних систем у готельно-ресторанному комплексі. Системи опалення, їх характеристика та обладнання План Види інженерного обладнання та його призначення. Системи опалення. Нагрівальні прилади систем опалення....
5226. Економічна інформація як об’єкт автоматизованої обробки 49.5 KB
  Економічна інформація як об'єкт автоматизованої обробки Структура, форми подання та відображення економічної інформації. Інформаційні процедури Структуризація економічної інформації Структуру ЕІ утворюють конкретні інформаційні сукупності, які ...
5227. Організація поза машинної інформаційної бази 41 KB
  Організація поза машинної інформаційної бази Тема поняття позамашинної інформаційної бази,склад робіт з її організації Ефективність будь-якої інформаційної системи обробки даних багато в чому залежить від способу організації її інформаційної бази (І...
5228. Отечественная история. Курс лекций 1.75 MB
  Отечественная история Лекция. Введение в историческую науку Развитие истории как науки и возникновение основных исторических концепций. Греческое слово история означает рассказ о прошлом, о том, что действительно было. Вопрос исторического ...
5229. История развития генетики. Значение генетики для медицины 1.59 MB
  В учебном пособии рассматриваются вопросы истории развития генетики и значения генетики для медицины. Особое внимание уделено становлению и развитию отечественной генетики. Материалы пособия дополняют основную учебную литературу и содержат данные, н...
5230. Історія міжнародних відносин. Конспект лекцій 1.82 MB
  Вступ Вся історія розвитку світової цивілізації - це історія налагодження контактів, відносин, зіткнення інтересів різних цивілізацій, культур, народів, держав. Найбільш насиченим в цьому плані було XX століття. Для нього, як для жодного з попе...