Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Таким образом, линзовый растр позволяет получать от одного экспонируемого предмета большое количество его фотоизо­ бражений.

Данным методом можно получать как прямые (позитивные), так и обратные (негативные) фотоизображения. Если на белом фо­ не поместить черный предмет (непрозрачный к падающему на него свету), то на фотопластинке получится фон черный, а изображе­ ние белое, и наоборот, если на черном фоне (непрозрачном) по­ местить белый предмет (прозрачный к падающему на него свету), то его фотография будет черная, а фон белый.

Размеры изображений, получаемые на фотопластинке, могут регулироваться изменением расстояния между предметом и плоско­ стью линзового растра или изменением геометрических размеров

В настоящее время линзовые растры изготавливают из пласти­ ческой массы, которую наносят на стеклянную подложку в виде

рисунка на стекло или металл получается диафрагма, контур и фор­ ма которой тождественны рисунку, получаемому на фотопластинке. Эту диафрагму располагают на определенном расстоянии от лин­ зового растра, за которым помещается фотографическая пластин­ ка. Все три объекта располагают параллельно друг другу. При экспозиции свет от источника падает перпендикулярно к плоскости диафрагмы и линзового растра на фотопластинку. Свет проходит через отверстие в диафрагме и попадает на линзовый растр. Каж­ дая линза растра формирует изображение отверстия диафрагмы на определенном участке фотопластинки.

Таким образом, на фотопластинке получается количество изо­ бражений, равное числу линз в растре. Регулируя расстояние меж­ ду диафрагмой и линзовым растром, подбирают необходимый гео­ метрический размер изображения на фотопластинке. После соот­ ветствующей химической обработки фотопластинки получается фотошаблон с определенным рисунком по всему полю.

Для получения комплекта (набора) фотошаблонов процесс фо­ тографирования необходимо последовательно повторить с помощью того же линзового растра, меняя диафрагмы с различными изобра­ жениями (рисунками). Изготовленный таким образом комплект фотошаблонов при процессах фотолитографии обладает высокой совмещаемостью отдельных фотошаблонов.

Получение смежных фотошаблонов с неповторяющимися эле­ ментами схемы осуществляют путем маскирования отдельных эле­ ментов или участков линзового растра по заданной программе.

74

Фотонаборный способ изготовления фотошаблонов основан на последовательном экспонировании перемещаемой фотопластины путем проекции на нее изображений в форме окна диафрагмы или промежуточных фотошаблонов. Свет от источника (лампа ДРШ-250) попадает на объектив и диафрагму, которая определяет заданную геометрическую форму светового пятна. Далее с помо­ щью проекционных объективов световое пятно фокусируется на фотопластинку будущего фотошаблона.

Таким образом, изменяя форму окна диафрагмы и ее геомет­ рические размеры, а также направление перемещения фотопласти­ ны, можно получать смежный рисунок на фотоэмульсии по всему полю фотошаблона.

Этот способ обеспечивает высокую производительность процес­ са изготовления фотошаблонов и позволяет применять ЭВМ.

Для изготовления фотошаблонов фотонаборным способом ис­ пользуют универсальные фотонаборные установки ЭМ-508, ЭМ-519

и ЭМ-527.

Рассмотрим особенности установки ЭМ-519, имеющей систему диафрагм, которые могут создавать до 9 млн. различных прямо­ угольных элементов, наклоняемых под любым углом с дискретно­ стью 0,5°.

Полуавтоматическое устройство впечатывания элементов произ­ вольной формы установки позволяет кроме генерирования изобра­ жения осуществлять и их мультипликацию. Установка снабжена прецизионным координатным столом для высокоточного перемеще­ ния фотопластины и мощной осветительной системой.

§ 3.4. Процесс фотолитографии

Планарная технология благодаря использованию процесса фо­ толитографии позволяет получать на одной кремниевой пластине более тысячи заготовок для отдельных приборов.

Фотолитографию используют в первую очередь для селектив­ ного удаления пленки двуокиси кремния над теми участками пла­ стин, где должны быть созданы диффузионные структуры. Эту опе­ рацию именуют «вскрыти^-окон в пленке двуокиси». Окна имеют

75

различные размеры и конфигурацию, чаще всего,' однако, это — круг, кольцо или прямоугольник с размерами от единиц до сотен микрон.

Применение методов фотолитографии в полупроводниковой тех­ нологии позволяет решить ряд сложных конструктивных проблем: воспроизводимость и точность геометрии р-н-переходов в кристал­ ле полупроводника; возможность создания интегральных схем; по­ лучение профилей сложной конфигурации, любых размеров на по­ верхности кристалла полупроводникового материала без наруше­ ния структуры материала; осаждение металлов и сплавов на поверхность кристалла заданного рисунка известными методами (электролитическим, химическим, распылением в вакууме); созда­ ние омических контактов и выводов в конструкциях очень малых размеров.

Качество процесса фотолитографии определяется условиями, в которых он проводится. Для обработки фоторезиста, изготовле­ ния фотошаблонов, во избежание пор в пленке SiC>2 при окисле­ нии и т. д. используют специальные сверхчистые помещения. По­ мещение состоит из двух комнат — чистой и особо чистой. В особо чистую комнату нагнетается осушенный воздух с температурой 18° С и точкой росы — 45° С через полумикронные фильтры и выду­ вается в небольшое отверстие с фильтром в двери. Стены комнаты облицованы пластмассовыми панелями, к которым не прилипает пыль. Люди, входящие в особо чистую комнату, надевают белые нейлоновые сапоги, халаты, колпаки. Пластины переносят обяза­ тельно в герметичных контейнерах.

При отсутствии таких комнат оборудование, на котором произ­ водят основные технологические операции, монтируют в скафанд­ ры, обеспечивающие постоянную влажность, обеспыленную атмос­ феру и защиту от освещения.

Технологический процесс фотолитографии (рис. 3.3) состоит из нескольких основных операций: подготовки поверхности полупро­ водниковой пластины (обезжиривания и удаления грязи), нанесе­ ния на поверхность пластины слоя фоторезиста, сушки фоторези­ ста, экспонирования, проявления и задубливания фоторезиста, контроля геометрических размеров изображения, травления плен­ ки Si02, промывки пластин после травления, удаления пленки фо­ торезиста с поверхности окисного слоя кремния, контроля обрабо­ танных пластин.

Подготовка поверхности пластин перед нанесением фоторезис­ та — это ряд последовательных промывок с целью удаления загряз­ нений и обезжиривания. Наиболее эффективной является промыв­ ка пластин в жидком трихлорэтилене и его парах, а также в ки­ пящей азотной кислоте. Кроме того, промывку пластин можно про­ водить в толуоле, амилацетате, ацетоне и этиловом спирте.

Для нанесения слоя фоторезиста на пластину используют ме­ тоды центрифугирования, пульверизации, окунания в раствор, по­ лива и т. д. Наиболее широко в полупроводниковой технологии при­ меняют метод центрифугирования, так как при сравнительно не­

76

сложном оборудовании он позволяет получать равномерные плен­ ки фоторезиста с разбросом по толщине, не превышающим ±10%. Для нанесения слоя фоторезиста пластину с помощью вакуумного присоса закрепляют в центре вращающегося диска и в процессе его вращения на пластину из пипетки наносят несколько капель фоторезиста. Толщина слоя фоторезиста в сильной степени зави­ сит от скорости вращения диска центрифуги и густоты фоторези­ ста. Обе эти характеристики подбирают эмпирически.

После нанесения слоя фоторезиста его подвергают сушке, во время которой происходит испарение растворителя и пленкообра-

Рис. 3.3, Технологические операции фотолитографического процесса:

зование. Для получения высококачественной пленки сушку фото­ резиста осуществляют в два этапа. Сначала фоторезист в течение 15—30 мин подсушивают при комнатной температуре, а затем в те­ чение 30—60 мин сушат при температуре 100—150° С. В некоторых случаях используют инфракрасную и вакуумную сушку фоторе­ зиста.

Экспонирование осуществляют контактным способом. Под дей­ ствием света в слое фоторезиста образуются локальные участки с изменившимися свойствами. Для экспонирования фоторезистов используют различные источники света, спектры излучения которых

77

содержат достаточно мощные линии в требуемом диапазоне длин волн. Наиболее часто применяют лампы ПРК-2, ПРК-4, СВДШ-250, СВД-120.

До проведения процесса экспонирования опытным путем под­ бирают необходимую величину экспозиции, при которой получает­ ся наиболее качественное воспроизведение рисунка. При изме­ нении рисунка фотошаблона или другой какой-либо техно­ логической операции величину экспозиции нужно подбирать заново.

Процесс проявления полученного изображения для негативных и позитивных фоторезистов заключается в удалении ненужных уча­ стков пленки фоторезиста. В результате такой обработки на по­ верхности пластины остается слой фоторезиста, рельеф которого воспроизводит необходимый рисунок.

Для негативных фоторезистов процесс проявления сводится к удалению неполимеризованных областей в тех же растворите­ лях, которые используются для приготовления фоторезиста (толу­ ол, трихлорэтилен, хлорбензол).

Для позитивных фоторезистов процесс проявления связан с хи­ мической реакцией превращения инденкарбоновых кислот в раст­ воримые соли. Для проявления фоторезистов на основе хинондиазидов обычно используют сильноразбавленные водные растворы ед­ кого натра или тринатрийфосфата.

Задубливание фоторезиста после его проявления проводят при более высоких температурах, чем сушку фоторезиста после его на­ несения на пластину полупроводника. Процесс задубливания осу­ ществляют в две стадии: при комнатной температуре и при темпе­ ратуре 150—200° С в течение 1 ч.

После задубливания пластины контролируют на отсутствие де­ фектов. Наиболее распространенными дефектами фотолитографии являются наличие клина, неровность края рисунка в виде выступов и впадин, локальные проколы и нарушения пленки фоторезиста. Эти дефекты выявляют, просматривая готовые пленки фоторезиста под микроскопом.

Процесс травления существует для того, чтобы удалить пленку S i02 или какого-либо металла, например Al, №, Сг и т. д. с по­ верхности пластины, не защищенной слоем задубленного фоторези­ ста. Травление в случае Si02 проводят в плавиковой кислоте. При выборе травителя учитывают, что чистый водный раствор плави­ ковой кислоты быстро проникает под пленку фоторезиста, вызывая подтравливание окисла и образование клина между пленкой Si02 и поверхностью полупроводникового материала. Для уменьшения этого явления в травильный раствор плавиковой кислоты вводят фтористый аммоний. Наиболее часто используют травитель сле­ дующего состава: 30 г NH4F, 60 мл Н20, 9 мл HF (48%).

После травления пластины подвергают тщательной промывке в деионизованной воде.

Удаление задубленного слоя фоторезиста производят в горячей концентрированной серной кислоте или щелочи.

78