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

После удаления фоторезиста с поверхности окисного слоя осу­ ществляют контроль геометрических размеров полученного в окис.- ном слое рисунка.

Кроме удаления пленки S1O2 с поверхности полупроводниковых пластин для проведения процессов локальной диффузии фотолито­ графию используют для гравировки тонкопленочных металличе­ ских покрытий, служащих омическими контактами, токоведущими дорожками или сопротивлениями.

Фоторезист наносят на,металлизированную поверхность пласти­ ны и подвергают обычной обработке.

Для травления алюминия с негативным фоторезистом исполь­ зуют 5—20%-ные растворы NaOH и КОН. Травление прово­ дят при температуре 50—80° С. Скорость травления составляет 200—500 А/мин. Для позитивных фоторезистов щелочное травление алюминия заменяют кислотным. Для травления применяют 50%-ный раствор ортофосфорной кислоты, нагретой до темпера­

железа и 360 мл 38%-ного раствора соляной кислоты. Травление хрома с защитным рельефом из позитивного фоторе­

зиста проводят в разбавленной соляной кислоте. Реакция травле­ ния идет достаточно быстроГ.

Травлению золота в царской водке хорошо противостоят пози­ тивные фоторезисты на основе нафтохинондиазида и новолака.

Пленку тантала с защитным рельефом из негативного фоторе­ зиста сначала подвергают травлению в щелочных растворах для снятия слоя окиси тантала, затем в кислотном травителе, содер­ жащем плавиковую кислоту.

§ 3.5. Проекционная оптическая фотолитографця

Перенос изображения с фотошаблонов на полупроводниковые пластины можно осуществлять кроме контактной перепечатки ме­ тодом проекционной печати.

Существуют три основных способа проекционной фотолитогра­ фии.

Первый способ состоит в одновременной передаче всех элемен­ тов, входящих в фотошаблон, на поверхность полупроводниковой пластины, покрытой слоем фоторезиста.

Второй способ заключается в поэлементном «шаговом» перено­ се изображения на пластину, покрытую фоторезистом.

Третий способ основан на вычерчивании изображения1на пла­ стине тонким лучом ультрафиолетового света.

Проекционный метод переноса изображения на полупроводни­ ковую пластину позволяет избежать недостатков, присущих кон­ тактному методу. Изображение фотошаблона проектируется через специальный объектив с высокой разрешающей способностью, сов­ мещение проводится также с помощью этого объектива. Из-за отсутствия контакта между полупроводниковой пластиной и фото­

79

шаблоном время использования последнего становится теоретиче­ ски безграничным, повышается процент выхода годных, снижаются общие затраты на фотошаблоны. Устраняется также проблема глу­ бины резкости объективов и связанная с ней проблема точности установки малых зазоров между фотошаблоном и пластиной, так как оператор может проводить совмещение изображений в одной плоскости: либо в плоскости фотошаблона, либо в плоскости по­ лупроводниковой пластины.

Таким образом, проекционный метод .повышает точность совме­ щения, упрощает процесс совмещения, снижает затраты времени.

На рис. 3.4 приведены три варианта оптических схем для про­ ведения проекционной фотолитографии.

Рис. 3.4.Схемы оптической проекционной фотоли­ тографии:

На рис. 3.4, а фотошаблон 1 освещается через конденсор 2 ис­ точником света 3. Изображение проецируется через фильтр 4 и фо­ тошаблон 1 на полупрозрачное зеркало 5 и через проекционный объектив 6 на полупроводниковую пластину 7. При обратном ходе лучей через объектив и зеркало с помощью микроскопа 8 в плос­ кости экрана 9 наблюдают расположенную на пластине структуру и спроецированное на нее изображение фотошаблона. Преимуще­ ство данной схемы в том, что ничего не требуется менять при пе­ реходе от операции совмещения к операции экспонирования.

Данная схема обладает следующими недостатками:

а) лучи света при совмещении проходят через наклонно распо­ ложенное полупрозрачное зеркало, что приводит к искажениям изображения;

80

б) при проведении совмещения проецируемое изображение фо­ тошаблона дважды проходит через объектив и, следовательно, ошибки изображения, обусловленные погрешностями объектива, удваиваются;

в) рассеяние проецируемого пучка лучей на линзах объектива вызывает потерю контрастности изображения.

На рис. 3.4, б совмещение фотошаблона производят на неболь­ шом зеркале с помощью микроскопа. Эта схема не имеет недо­ статков предыдущей схемы. Однако угловая апертура лучей све­ та, используемых для экспонирования и совмещения, в наблюдае­ мой области под зеркалом уменьшается, что в свою очередь при­ водит к искажению изображения.

На рис. 3.4, в показана оптическая схема, в которой использует­ ся принцип обратного отображения поверхности полупроводнико­ вой пластины на плоскость фотошаблона. С оптической точки зре­ ния данная схема является оптимальной. В этой схеме ход лучей света, проецируемых с помощью источника света 3 через фотошаб­ лон 1 на объектив 6 и далее посредством полупрозрачного зеркала на полупроводниковую пластину 7, полностью совпадает с наблю­ даемым в микроскоп ходом лучей в обратном направлении. Данная схема позволяет выбрать оптимальные условия освещения как при экспонировании, так и при совмещении. Между фотошаблоном и по­ лупроводниковой пластиной нет никаких дополнительных оптиче­ ских элементов, кроме объектива и зеркала. Недостатком схемы при экспонировании является необходимость замещения микроско­ па источником света и конденсором. Кроме того, для освещения полупроводниковой пластины при совмещении нужны второй ис­ точник света и второй конденсор.

При изготовлении полупроводниковых приборов и микросхем с малыми размерами элементов экспонирование проводят через микроскопические объективы. Эти объективы обеспечивают полу­ чение на фоторезисте линий шириной 0,4 мкм на площади 0,2X0,2 мм2, шириной 0,6 мкм на площади 0,5X0,5 мм2 и шири­ ной 1 мкм на площади 2X2 мм2.

Для изготовления приборов и схем большого размера, требую­ щих меньшей точности, применяют фотообъективы с высокой раз­ решающей способностью. Эти объективы обеспечивают получение линий шириной 3 мкм на площади 20X20 мм2.

При проведении проекционной фотолитографии учитывают сов­ местимость элементов системы источник — объектив — фоторезист, т. е. определяют спектральную чувствительность используемых фо­ торезистов и выбирают источник света для экспонирования, рас­ пределение спектрального излучения которого близко к распреде­ лению спектральной чувствительности применяемого фоторезиста. Обычно выбирают источник света с линейчатым спектром (так как объективы можно корректировать по аберрациям на одну длину волны света), такие, например, как ртутные лампы высокого дав­ ления. При выборе источника свеТа следует также оценивать ин­ тенсивность излучения на выбранных длинах волн.

Минимальный размер изображения h можно рассчитать по фор­ муле

где f — фокусное расстояние;

D — диаметр входного отверстия; Я — длина волны света;

М — постоянная уменьшения масштаба (М= 1, 2, 3 ...).

В промышленной практике проекционная фотолитография зна­ чительно меньше распространена, чем контактная.

§ 3.6. Бесшаблонная линзоворастровая фотолитография

Получение комплекта фотошаблонов высокого качества — доро­ гостоящий и трудоемкий процесс. Совмещаемости шаблонов могут препятствовать разномасштабность вследствие погрешностей, вно-

Рис. 3.5. Схема бесшаблонной фотолитографии

симых оптическими системами при съемках, шаговая погрешность, обусловленная, например, изменением окружающей температуры на 1—2°С при работе фотоумножителя. Кроме того, необходим плотный контакт между шаблоном и пластиной полупроводника.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что линзоворастровый метод фотолитографии обладает большой точностью и высокой экономической эффективностью. Его приме­

82

нение без фотошаблонов позволяет устранить многие связанные с этим недостатки.

Данный метод получения микроизображений на поверхности полупроводниковой пластины исключает трудоемкий и сложный процесс изготовления фотошаблонов на оптическом стекле и состо­ ит в получении микроизображений проекцией их на полупроводни­ ковую пластину с помощью линзовых растров. Оптическая схема метода показана на рис. 3.5.

На этой схеме осветительная ртутно-кварцевая лампа 2 сверх­ высокого давления (ДРШ-500) крепится в зеркальном цилиндри­ ческом рефлекторе 1 с отверстием в центре для получения направ­ ленного пучка света. Пучок света проходит последовательно через диафрагму 3, тепловой фильтр 4, который выполнен из оптического кварцевого стекла, затвор 5 и попадает на зеркало 6. Отраженный от зеркала пучок света попадает на рассеивающее матовое стек­ ло 7 и через оригинал-трафарет 8 падает на линзовый растр 9. Лин­ зовый растр преобразует общий пучок света в отдельные пучки света, которые воздействуют на пленку фоторезиста, нанесенную на поверхность полупроводниковой пластины 10.

Для получения высококачественного изображения рисунка на полупроводниковой пластине ее необходимо размещать в фокаль­ ной плоскости линзового растра, а линзовые растры брать с высо­ кой глубиной резкости.

§ 3.7. Изготовление металлических масок

Разработка новых типов полупроводниковых приборов требует локального нанесения различных материалов через металлические маски, в которых имеются сквозные отверстия соответствующего рисунка. Металлические маски представляют собой плоские тонкие пластины размером 70X70 мм2 и рабочим полем 40X40 мм2.

Существует несколько различных методов изготовления метал­ лических масок: механическое фрезерование, химическое и элект­ ролитическое травление, фотолитография.

Механический метод применяют при изготовлёнии металличе­ ских масок с крупным рисунком (не менее 0,5—1 мм); химический

иэлектролитический методы — масок меньших размеров.

Вкачестве материала для металлических масок используют фольгу из меди, латуни или молибдена толщиной 50—100 мкм. На медные и латунные маски часто наносят слой никеля, для защиты их от окисляющего воздействия окружающей среды.

Наиболее высокими качествами обладают маски, изготовленные фотолитографическим методом из молибдена. Фотослоем для мо­ либдена служит фоторезист НХДА, так как все диазосоединения имеют хорошую адгезию к металлам. Фоторезист с двух сторон наносят на пластину из молибденовой фольги, которую предвари­ тельно обезжиривают. Пластину молибдена с задубленными слоя­ ми фоторезиста помещают в ванну с кислотным травителем для получения сквозных отверстий нужного рисунка. Существуют два

83