Литография

Литография – это процесс формирования отверстий (окон) в масках, создаваемых на поверхности пластины и предназначенных для проведения локальных технологических процессов (легирования, травления, окисления, напыления и др.).

Фотолитография. В технологии ИМС основную роль играет фотолитография, использующая светочувствительные полимерные материалы – фоторезисты, которые бывают позитивными и негативными.

Негативные фоторезисты под действием света полимеризуются и становятся нерастворимыми в специальных веществах – проявителях. После локальной засветки (экспонирования) растворяются и удаляются незасвеченные участки. Наибольшая чувствительность негативных фоторезистов соответствует длине волны света 0,28 мкм (ультрафиолет), поэтому экспонирование производится с помощью кварцевой лампы.

В позитивных фоторезистах свет разрушает полимерные цепочки: растворяются засеченные участки. Максимальная чувствительность лежит в видимом диапазоне спектра (до 0,45 мкм). Позитивные фоторезисты обеспечивают более резкие границы проявленных участков, чем негативные, то есть обладают повышенной разрешающей способностью, но имеют меньшую чувствительность и поэтому требуют большего времени экспонирования.

Рисунок будущей маски задается фотошаблоном. Это прозрачная (обычно стеклянная) пластина, на одной из сторон которой нанесена непрозрачная пленка (Cr, CrO₃, Fe₂O₃ и др.) требуемой конфигурации. В связи с групповыми методами создания микросхем на шаблоне создается матрица одинаковых рисунков, соответствующих отдельным микросхемам в масштабе 1: 1 (рис. 4.19).

 

 

Рис. 4.19. Фотошаблон с матрицей одинаковых рисунков

 

Схема процесса фотолитографии показана на рис. 4.20.

Рассмотрим процесс фотолитографии на примере получения маски двуокиси кремния.

На окисленную поверхность кремниевой пластины наносят несколько капель раствора фоторезиста. С помощью центрифуги его распределяют тонким (около 1 мкм) слоем по поверхности пластины, а затем высушивают.

На пластину накладывают фотошаблон (ФШ) рисунком к фоторезисту (ФР) и экспонируют – рис. 4.21.а, затем его снимают. После проявления негативный фоторезист удаляется с незасвеченных участков – рис. 4.21.б, а позитивный – с засвеченных. Получается фоторезистивная маска, через которую далее травят слой двуокиси кремния, после чего фоторезист удаляют – рис. 4.21.в

 

Проявление

Отмывка

Задубливание

Подготовка пластин

Нанесение ФР и сушка

Совмещение и экспонирование

Отмывка

Снятие маски

Отмывка

Травление

 

Рис. 4.20. Схема процесса фотолитографии

 

 

 

Рис. 4.21. Формирование рельефа с помощью

негативного фоторезиста

Совмещение рисунков фотошаблона и пластины выполняют в два этапа. Грубое совмещение производят с помощью контрольных модулей – пустых кристаллов. Фотошаблон 1 (рис. 4.22) ориентируют относительно пластины 2 так, чтобы границы ячеек модулей 4 были перпендикулярны (или параллельны) базовому срезу 3 пластины. Точное совмещение производят с помощью специальных знаков совмещения – рис. 4.23, предусмотренных в рисунке каждого топологического слоя.

 

Рис. 4.22. Совмещение фотошаблона с пластиной

 

 

 

Рис. 4.23. Фигуры совмещения «линия – линия» (а),

«точка – линия» (б) и с контролируемым зазором δ (в)

 

Важнейшим параметром фотолитографии является разрешающая способность. Ее оценивают максимальным числом линий, раздельно воспроизводимых в пределах 1 мм:

 

R = ,

 

где ∆ - минимальная ширина линии, мкм. На практике разрешающую способность характеризуют величиной ∆. Она определяет минимальные размеры областей в кристалле или слоев на его поверхности и расстояния между ними, которые называются топологическими размерами. Физическим фактором, ограничивающим ∆, является дифракция света, не позволяющая получать ∆ меньше длины волны света λ (для видимого света λ ≈ 0,5 мкм). Обычно ∆ > λ из-за изменений геометрических размеров фоторезиста, рассеяния света при экспонировании, несоответствия размеров в маске фоторезиста и основной маске и др.

Перспективные методы литографии. Литография с разрешающей способностью ∆ ≪ 1 мкм (субмикронная), необходимая для СБИС, основывается на излучении с меньшей длиной волны.

Рентгеновская литография использует мягкое рентгеновское излучение с λ ≈ 1 нм. Ввиду того, что для рентгеновских лучей нет фокусировки, используется контактная литография. Шаблоном является тонкая мембрана, прозрачная для рентгеновских лучей, на нее нанесен тонкопленочный непрозрачный рисунок, выполненный в масштабе 1: 1.

Электронно-лучевая литография использует облучение электронорезиста потоком электронов, длина волны которых λ < 0,1 нм. Она может быть проекционной и сканирующей. Поток электронов хорошо фокусируется, им можно управлять с помощью ЭВМ.