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

способа сквозного протравливания молибдена: химический и элект­ ролитический.

Химическое вытравливание микроизображений в молибденовой фольге осуществляют в кислотной смеси следующего состава: азот­ ная кислота— 60%; серная кислота — 5%; вода деионизован­ ная — 35%.

Для улучшения процесса травления можно использовать тра­ вильную ванну с вибратором.

Процесс электролитического вытравливания микроизображений дает возможность получать рисунок высокого качества с минималь­ ной величиной неровности края изображения. В качестве электро­ лита при вытравливании микроизображений используют следую­ щий состав: серная кислота— 16%; ортофосфорная кислота — 40%; вода деионизованная — 44%.

При изготовлении металлических масок наиболее сложным тех­ нологическим процессом является совмещение двух фотошаблонов для двустороннего копирования, т. е. для получения идентичного рисунка с двух сторон металлической пластины прикладывают два фотошаблона-близнеца, предварительно совмещенных относитель­ но рисунка в копировальной рамке.

Процесс совмещения двух фотошаблонов-близнецов требует высокой квалификации оператора и весьма трудоемок.

Поэтому для двустороннего копирования используют другой способ получения фотошаблонов-близнецов. Этот способ заключа­ ется в том, что на верхней части копировальной рамки закрепляют один из фотошаблонов с нужным изображением, а на нижней ча­ сти—стекло со слоем фоторезиста. Полученную систему подвер­ гают экспонированию и последующей обработке. В результате получается второй фотошаблон, который по отношению к первому фотошаблону является близнецом и располагается с ним на одной копировальной рамке. Для получения двустороннего однотипногоизображения металлическую фольгу с нанесенным фоторезистом помещают в копировальную рамку между двумя фотошаблонамиблизнецами и подвергают экспонированию.

§ 3.8. Дефекты при проведении процесса фотолитографии

Основными дефектами при проведении процессов фотолитогра­ фии являются:

а) наличие проколов в пленке фоторезиста; б) неровность пленки фоторезиста по всей поверхности пла­

стины; в) наличие клина в окисной пленке;

г) неровность края изображения пленки фоторезиста; д) изменение заданных, геометрических размеров; е) наличие ореола по краю изображения.

Все перечисленные дефекты оказывают большое влияние на последующие технологические операции изготовления приборов, ухудшая их электрические параметры.

84

Наличие проколов в пленке фоторезиста — наиболее распрост­ раненный вид фотолитографических дефектов. Возникают эти де­ фекты в результате использования некачественных или износив­ шихся фотошаблонов, а также от наличия в фоторезисте пылинок,, субполимерных частиц и других посторонних включений. Проколы в пленке фоторезиста могут возникать также в результате перегре­ ва этой пленки при экспонировании. Количество проколов в значи­ тельной степени зависит от качества смачивания поверхности пла­ стины фоторезистом. Плохое смачивание приводит к появлению большого числа проколов. Проколы в пленке фоторезиста при хи­ мическом травлении пластины в плавиковой кислоте для вскрытия окон под диффузию переходят в защитный окисный слой. При по­ следующей диффузионной обработке пластины под проколами в окисном слое возникают «паразитные» локальные диффузионные области. Если проколы в окисной пленке находятся вблизи грани­ цы основного рабочего элемента, то после процесса диффузии может произойти смыкание основной рабочей области прибора с «паразитной» областью. В высокочастотных транзисторах проко­ лы могут вызвать закорачивание эмиттерной и базовой областей.

Для того чтобы оценить влияние проколов на изменения элект­ рических характеристик приборов, необходимо знать плотность, размер и характер распределения проколов по поверхности пласти­ ны полупроводника. Эти характеристики обычно определяют пу­ тем визуального наблюдения с помощью микроскопов МИМ-7, МБИ-6.

Неровность пленки фоторезиста по всей поверхности пластины определяется как способом нанесения пленки, так и предваритель­ ной обработкой поверхности пластины. Основными параметрами предварительной обработки пластин, влияющими на неровность пленки фоторезиста, являются чистота обработки поверхности (класс чистоты), плоскостность и плоскопараллельность. Однакодаже при получении высоких показателей по предварительной обработке могут быть случаи неравномерного нанесения пленки фоторезиста на поверхность пластины. Основными факторами, ко­ торые обусловливают неровность пленки фоторезиста, могут быть чрезмерная густота фоторезиста, низкая скорость вращения цент­ рифуги, отклонение плоскости столика центрифуги от горизонталь­ ной плоскости. Неровности в пленке фоторезиста приводят к труд­ ностям контактирования с фотошаблоном, выбора времени экспо­ зиции и, как следствие этого, к дефектам в последующих техноло­ гических операциях.

Наличие клина в окисной пленке — один из часто встречающих­ ся в фотолитографическом процессе дефектов. Клин возникает в окисном слое между исходным кремнием и пленкой фоторезиста на границе вскрытого окна для последующей диффузии (рис. 3.6). Этот вид дефекта оказывает существенное влияние на размер соз­ даваемой диффузионной области и, следовательно, на параметры изготавливаемого полупроводникового прибора. Без клина в окис­ ной пленке распространение диффузанта вбок строго определяется

85.

режимом диффузии и однозначно связано с глубиной диффузии. При наличии клина дополнительно увеличиваются размеры диффу­ зионной области за счет проникновения диффундирующей примеси через тонкую область клина в исходный полупроводниковый мате­ риал. Это происходит потому, что толщина окисла в области клина является недостаточной для защиты полупроводника от диффунди­ рующей примеси. Поэтому, чем больше клин, тем шире его тонкая область и, следовательно, больше дополнительное неконтролируе­ мое увеличение диффузионной области.

Для круглых отверстий диаметр диффузионной области можно определить из следующего эмпирического выражения:

^дифф —-глубина диффузионного слоя.

На негативных фоторезистах величина клина может достигать

в тех случаях, когда плохо подобраны режимы экспозиции и про­ явления. Мельчайшие неровности края в виде периодических вы­ ступов и впадин могут возникать из-за наличия в фоторезистах субполимерных частиц размером 0,3—0,5 мкм. Появление таких ча­ стиц связано с неполной растворимостью сухого резиста в исполь­ зуемых составах. Более крупные и нерегулярные выступы (вырывы) и впадины обычно появляются при использовании некачест­ венных фотошаблонов. Наиболее часто эДот вид дефекта возникает при употреблении металлизированных шаблонов, имеющих зубча­ тые края элементов изображения. Для предупреждения этого вида дефекта необходимо тщательно фильтровать фоторезист и прове­ рять качество используемого фотошаблона.

86

Изменение заданных геометрических размеров изображения имеет место при плохом контакте между полупроводниковой пла­ стиной и фотошаблоном. Плохой контакт между этими элементами приводит к появлению воздушного зазора, который при экспони­ ровании изменяет характер и размер переносимого с фотошаблона изображения. Чем больше зазор между контактируемыми элемен­ тами, тем сильнее искажается первоначальный рисунок изображе­ ния. Кроме того, на изменения геометрических размеров изобра­ жения могут оказывать существенное влияние неправильно подо­ бранные режимы экспонирования и проявления.

Наличие ореола по краю изображения связано с рассеянием света, проходящего через фотошаблон при экспонировании. Рассея­ ние света приводит к образованию по краю изображения «нерез­ кой зоны», которая после проявления дает ореол. Этот вид дефек­ та приводит к ухудшению геометрических параметров изображения

ипоследующих технологических операций.

§3.9. Технологическое оборудование для фотолитографии

Агрегат, используемый для проведения процесса фотолитогра­ фии, состоит из двенадцати однотипных соединенных между собой скафандров. В этих скафандрах размещены семь различных уста­ новок для: обезжиривания, нанесения фоторезиста, сушки, совме­ щения и экспонирования, проявления и травления, удаления фото­ резиста, контроля.

На рис. 3.7 показана последовательность расположения этих установок в агрегате фотолитографии. Пластины кремния после процесса окисления в герметизированных контейнерах через шлюз загружаются в скафандр 1, в котором расположена установка обез­ жиривания. Обезжиренные пластины из скафандра 1 через шлюз поступают в скафандр 2, в котором расположена установка для нанесения фоторезиста. Пластины с нанесенным фоторезистом че­ рез шлюз переносятся в скафандр 3, где находится печь для суш­ ки фоторезиста. В скафандрах 4 и 5 расположены две одинаковые установки для совмещения и экспонирования, которые соединены между собой и скафандром 3 герметичными шлюзами. После со­ вмещения и экспонирования пластины поступают в скафандр 6Г в котором расположена установка проявления. Проявленные пла­ стины передаются в скафандр 7 для проведения контроля получен-; ного проявленного рисунка микроизображения. В скафандре 8 уста­ новлена печь для сушки проявленного фоторезиста. После сушки пластины подвергают травлению в установках, которые располо­ жены в скафандрах 9 и 10. Пластины с вытравленным в окисном слое рисунком поступают в скафандр 11 для снятия слоя фоторе­ зиста. Последний скафандр 12 аналогичен седьмому и служит для контроля качества пластин после проведения всего фотолитографи­ ческого процесса.

Все составные части агрегата имеют систему пылезащиты, кото­ рая включает устройства подачи в скафандры очищенного азота

87

нгата фотолитографии.о

яны и предназначена для

чпромывки пластин в па­я

S8