Файл: Кремниевые планарные транзисторы..pdf

определения оптимальной экспозиции является метод характе­ ристических кривых, описанный в [2]. Существует два вида или метода экспонирования пластин — контактный и проекционный.

Наибольшее распространение в настоящее время получил кон­ тактный метод (рис. 1.8, а), при котором фотошаблон с контрастным рисунком накладывается на пластину со светочувствительным сло­ ем, плотно прижимается к ней и затем происходит экспонирование под источником света определенной длины волны. Метод прост, но имеет серьезные недостатки.

Прежде всего, контакт шаблона со светочувствительным слоем нарушает структуру слоя, приводит к появлению искажений и об­ разованию механических дефектов. В процессе работы шаблон из­ нашивается и процент дефектных структур возрастает. В связи с этим необходимы либо специальные износоустойчивые шаблоны, либо большое количество исходных фотоэмульсионных. В первом случае, когда с эмульсионного оригинала изготовляют износоустойчивые копии, процент брака увеличивается, поскольку в процессе изго­ товления копии появляются дополнительные дефекты. Эмульсион­ ные же шаблоны дороги и при низкой стойкости (не более 10 совме­ щений) применение их не оправдано экономически.

Метод проекционного экспонирования более перспективен. Фотолитография, использующая этот метод, получила название про­ екционной. В этом процессе рисунок фотошаблона проектируется оптической системой на поверхность светочувствительного слоя и экспонирование происходит без непосредственного контакта пла­ стины с фотошаблоном (рис. 1.8, б). Проекционная фотолитография лишена недостатков, присущих контактному методу, однако ее реа­

27

с помощью специальных растворов удаляются определенные участки светочувствительного слоя. Для негативных фоторезистов про­ явителем могут служить органические растворители (толуол, трихлорэтилен и др.), позитивные фоторезисты проявляют в щелочных средах (раствор тринатрийфосфата в воде).

Фоторезисты проявляют в специальных ваннах, в которые по­ гружаются кассеты с пластинами. После проявления их тщательно промывают. Остатки проявляющих растворов сбрасываются с по­ верхности пластин с помощью центрифуги. Проявление в ваннах на­ иболее просто технологически, однако существует опасность образо­ вания пленки фоторезиста на проявляемых участках вследствие того, что проявитель, содержащий растворенный светочувствительный слой, может служить источником для нанесения при неполном уда­ лении его с поверхности пластин.

В связи с этим используют два других способа проявления. Пер­ вый из них применим для негативных фоторезистов. Согласно этому способу проявление ведется в насыщающих парах органических растворителей. Конденсируясь на пластине, проявитель растворяет незасвечеиные участки фоторезистивной пленки и стекает с верти­ кально располагаемых пластин (рис. 1.9). Второй способ, получив­ ший распространение для позитивных фоторезистов, — проявление пульверизацией. Проявитель разбрызгивается пульверизатором на вертикально расположенные пластины и, вымывая экспонированные участки, стекает и удаляется. При групповой обработке пластины располагают на вращающейся кассете (рис. 1.10), на которой затем производится промывка пластин и их сушка центрифугированием с большой скоростью.

Наконец, заключительной операцией формирования защитного рельефа является термообработка, называемая иногда «задубливанием» фоторезиста. Ее цель — улучшить кислотоустойчивость слоя уплотнением его структуры при высокой (порядка 200° С) температу-

28

pé. При такой температуре не только полностью удаляются остатки растворителя, но и происходят структурные изменения в слое, увеличивается адгезия защитного рельефа. Цикл термообработки длится от 20 мин для негативных фоторезистов до 60—90 мин для толстых слоев фоторезиста на основе нафтохинондиазида, требую­ щих постепенного нагрева до +200° С.

Передача изображения на подложку производится с помощью локального травления в условиях защиты фоторезистом. Процесс травления — одна из наиболее ответственных операций фотолитогра­ фического цикла. Подбор оптимальных условий травления во многом определяет успех фотолитографического процесса в целом. Объясня­ ется это тем, что требования кислотоустойчивости фоторезистивной пленки и разрешающей способности слоя фоторезиста, опреде­ ляющей точность и воспроизводимость создания рисунка с малыми размерами элементов, противоречивы. Иллюстрацией этого явля­ ется тот факт, что, несмотря на сравнительную простоту получения защитного рельефа с размерами элементов около 5 мкм, окись крем­ ния не удавалось протравить в водном растворе плавиковой кислоты из-за сильного растравливания. С применением же буферных травителей, содержащих фтористый аммоний, эта задача была успешно решена.

Окисные пленки кремния, независимо от типа применяемого фо­ торезиста, травят в составах HF — NH4 F — Н 2 0 . Время травления зависит от толщины и состава окисла и определяется эксперимен­ тально для каждого типа окисла.

Тщательно отмытые от остатков травления пластины передаются на заключительную операцию фотолитографического цикла — сня­ тие слоя фоторезиста, которое осуществляется в реактивах, не изменяющих свойств подложки. Для кремния, покрытого пленкой окисла, для снятия фоторезиста обычно применяют концентрирован­ ную серную кислоту, подогретую до 200° С. В этих условиях фоторе­ зисты (как негативные, так и позитивные) разлагаются, и их ос­ татки удаляются тщательной последующей промывкой в деионизованной воде.

Там, где обработка в серной кислоте изменяет свойства подлож­ ки (например, при фотолитографии по напыленному алюминию), применяют снятие фоторезиста в органических растворителях с по­ следующей промывкой. Существуют также методы, в которых сня­ тие фоторезиста производят в плазме.

Для создания окисной маски любой конфигурации требуется, таким образом, проделать большое количество описанных выше опе­ раций. Следует отметить, что почти все эти операции могут быть лег­ ко автоматизированы, поскольку стабильные режимы фотолитогра­ фии обеспечивают хорошую воспроизводимость результатов. При автоматизации фотолитографических операций применяют кассет­ ный метод обработки пластин, позволяющий вести ряд операций (на­ пример, проявление, травление, снятие фоторезиста и т. д.) одновре­ менно для большого количества пластин. Наиболее трудно автома-

29

процесс, но и, что очень важно, улучшает качество фотолитографии.

окисной маскировки. Локальная диффузия основана на свойстве не­ которых диффузантов проникать в кремний гораздо быстрее, чем в его окисел. Наиболее пригодным для планарной технологии явля­ ются бор (акцептор) и фосфор (донор). Эти диффузанты позволяют создавать диффузионные слои глубиной от долей микрона до не­ скольких десятков микрон в приемлемом (1000—1300° С) температур­ ном интервале. Высокая растворимость бора и фосфора в кремнии дает возможность получить необходимую концентрацию примесей (от 1018 до 1021 см - 3 ) . Кроме того, скорости диффузии бора и фосфора в окисел почти на два порядка меньше, чем в кремний. Обычно базо­ вый слой транзистора имеет величину порядка нескольких микрон. Область эмиттера несколько тоньше, но имеет тот же порядок (ис­ ключение составляют СВЧ планарные транзисторы, глубина эмит­

что снижает требования к маскирующим свойствам окисных пленок на кремнии.

В процессе локальной диффузии бор и фосфор реагируют с мас­ кой из окиси кремния, образуя примесно-силикатное стекло. Гра­ ница раздела стекло — окисел во время диффузии движется по на­ правлению к кремниевой подложке, при достижении границы крем­ ний — окись локализация диффузии нарушается, поскольку теперь диффузия будет идти по всей площади пластинки. Образование примесно-силикатного стекла в процессе диффузии определяется режимом диффузии, что обусловливает зависимость маскирующих свойств окисных пленок от температуры и времени диффузии (рис. 1.11).

Из сказанного следует, что для проведения локальной диффузии в каждом конкретном случае необходимо иметь окисную маску такой толщины, чтобы она гарантировала надежную защиту окисленных участков кремния от проникновения диффузанта.

Рассмотрим основные способы осуществления диффузии. Вве­ дение примесей, представляющее собой начальный этап диффузион­ ных процессов в планарной технологии и называемое также первой стадией диффузии, или «загонкой примесей», может быть осуществле­ но диффузией:

30