Технология проведения процессов фотолитографии

Технология полупроводникового производства. Сущность процесса фотолитографии. Светочувствительность, разрешающая способность и кислотостойкость фоторезистов. Адгезия фоторезиста к подложке. Фотошаблоны и способы их получения. Требования к фоторезистам.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

1. Введение

2. Фотолитография - основа планарной технологии

3. Фоторезисты

4. Критерии применимости фоторезистов

светочувствительность фоторезистов

разрешающая способность фоторезистов

кислостойкость фоторезистов

адгезия фоторезистов

5. Фотошаблоны и способы их получения

6. Промышленное изготовление фотошаблонов

7. Технология фотолитографического процесса

8. Заключение

9. Список литературы

1. Введение

Технология полупроводникового производства базируется в настоящее время на таких сложных прецизионных процессах обработки, как фото- и электронолитография, оксидирование, ионно-плазменное распыление, ионная имплантация, диффузия, термокомпрессия и др. К материалам, используемым в производстве приборов и микросхем, предъявляют высокие требования по чистоте и совершенству структуры. Для осуществления большинства технологических операций используют уникальное по характеристикам оборудование: оптико-механическое, термическое, ионно-лучевое. Процессы осуществляются в -специальных обеспыленных, помещениях с заданными влажностью и температурой.

Значимость технологии в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем особенно велика. Именно постоянное совершенствование технологии полупроводниковых приборов, начиная со времени создания первых транзисторов, привело на определенном этапе ее развития к изобретению микросхем, а в дальнейшем к широкому их производству.

Технология интегральных микросхем представляет собой совокупность механических, физических, химических способов обработки различных материалов (полупроводников, диэлектриков, металлов), в итоге которой создается интегральная микросхема.

Развитие полупроводниковой электроники, наряду с разработкой технологических методов, включало физические исследования принципов работы различных приборов, изобретение новых приборов, совершенствование методов очистки полупроводниковых материалов, проведение их физико-химических исследований с целью установления таких важнейших характеристик, как предельные растворимости примесей, коэффициенты диффузии донорных и акцепторных примесей и др.

Производство интегральных микросхем началось примерно с 1959 г. на основе предложенной к этому времени птанарной технологии. Основой планарной технологии послужила разработка нескольких фундаментальных технологических методов. В 1957 г. показана возможность локальной диффузии донорных и акцепторных цримесей в кремний с использованием в качестве защитной маски пленки двуокиси кремния, .выращенной на поверхности кремния при высокотемпературной обработке в окислительной среде (термическое окисление). В 1958 г. разработан метод фотолитографии, позволяющий создавать р-п переходы малых размеров и сложных конфигураций с помощью локальной диффузии. В 1959 г. на основе исследований поверхности полупроводников и стабилизации характеристик полупроводниковых приборов был разработан метод защиты р-п переходов от окружающей среды пленками двуокиси кремния. К этому времени были развиты процессы диффузионного введения примесей в полупроводники (в частности, в кремний) для получения легированных слоев разного типа проводимости и с различной концентрацией, а также процессы эпитаксиального наращивания монокристаллических кремниевых пленок. В шестидесятые годы исследовались вопросы, связанные с внедрением ионов в полупроводники, которые привели к разработке метода ионного легирования.

2. Фотолитография - основа планарной технологии

Фотолитография является одним из основных процессов в общем цикле изготовления широкого класса полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Этот процесс стоит в одном ряду с такими процессами, как диффузия и ионное легирование, эпитаксия и окисление, вакуумно-термическое испарение и химическая обработка.

Под фотолитографией понимают процесс образования на поверхности подложки с помощью светочувствительных материалов локальных защитных участков пленки (микроизображение), рельеф которых повторяет рисунок топологии прибора или схемы, и последующего переноса этого микроизображения на подложку.

Фотолитография является основным технологическим процессом при производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Фотолитография используется перед каждой технологической операцией, только наносятся различные участки локальной пленки.

Сущность процесса фотолитографии заключается в следующем. На поверхность специально обработанной пластины (подложки) наносят тонкий слой светочувствительного материала -- фоторезиста. После высыхания фоторезиста на исходной подложке образуется прочная пленка. Облучение этой пленки фоторезиста через прижатый к ней фотошаблон (контактная печать) актиничным светом приводит к изменению ее свойств. Проявление и полимеризация пленки фоторезиста позволяют получить в ней рельеф нужного рисунка, т. е. открытые (свободные от пленки фоторезиста) и закрытые (наличие пленки фоторезиста) участки пленки. Образовавшийся в пленке фоторезиста рельеф определенного рисунка переносят на подложку.

Под актиничным светом понимают световое излучение, воздействующее на фоторезист, вызывающее протекание фотохимических реакций и изменение растворимости облученных участков фоторезиста.

Образующиеся в пленке фоторезиста «окна» позволяют проводить ряд важнейших технологических операций: локальное травление подложки с целью удаления слоя полупроводникового материала и создания мезаструктур, удаление защитных диэлектрических слоев Si02 и Si3N4 с целью вскрытия «окон» под диффузию, а также вытравливание металлических слоев с целью создания омических контактов и токоведущих дорожек сложной геометрической формы.

Преимуществами процесса фотолитографии являются универсальность, массовость, технологичность, возможность автоматизации. С помощью фотолитографии на одной подложке можно получить большое число элементов будущих приборов и микросхем, что позволяет проводить групповую обработку подложек по заранее выбранному технологическому маршруту.

Процесс фотолитографии известен давно. Он широко используется в полиграфическом производстве. Однако в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем он получил свое особое, более глубокое развитие. С помощью фотолитографии в полупроводниковой технологии произошел качественный переход от производства печатных плат с размером элементов в несколько миллиметров до сверхбольших интегральных микросхем с размерами отдельных элементов менее 1 мкм.

Фотолитография развивается в двух направлениях: постоянное совершенствование высокоточного оборудования и технологических процессов с целью стабильного воспроизводства формы и размеров рисунка и разработка новых приемов, позволяющих расширить предельные возможности процесса создания рисунка на подложке.

Фотолитография является сложным комплексным технологическим процессом, включающим в себя механические, оптические, физические, физико-химические и химические процессы. К ним относятся: выбор исходного светочувствительного материала (фоторезиста), его очистка и обработка; подготовка подложек (химико-динамическая очистка); формирование светочувствительных пленок на поверхности подложки; операция термообработки, экспонирования, проявления, химического травления и т. д.

3. Фоторезисты

Фоторезистами называют светочувствительные вещества, изменяющие свои свойства, прежде всего растворимость, под действием актиничного света и устойчивые к кислотным и щелочным травителям.

Основным назначением фоторезистов является создание на поверхности полупроводниковой пластины или какой-либо другой подложки тонкой защитной пленки с требуемой конфигурацией рисунка. Рельеф рисунка в защитной пленке фоторезиста получается в результате светового воздействия на отдельные участки пленки и дифференцированной растворимости освещенных и неосвещенных участков. После проявления облученной пленки фоторезиста часть ее (нужный рисунок) остается на подложке и служит защитной маской при последующих технологических операциях, а другая часть удаляется.

В зависимости от механизма фотохимических процессов, протекающих под действием излучения, растворимость экспонированных участков фоторезиста может либо возрастать, либо падать. В первом случае фоторезисты называют позитивными, а во втором - негативными.

Негативные фоторезисты под действием света образуют нерастворимые участки пленки на поверхности подложки за счет фотополимеризации или фотоконденсации и после проявления остаются на ее поверхности (рис 1,б).

Рисунок (рельеф) фоторезиста, оставшегося на поверхности подложки, представляет собой негативное изображение оригинала (фотошаблона), через которое проводилось экспонирование фоторезиста.

Позитивный фоторезист, наоборот, под действием света образует растворимые участки за счет фотораспада, которые обычно после проявления удаляются с поверхности подложки. Оставшийся на поверхности слой фоторезиста в точности повторяет рисунок оригинала, через который проводилось экспонирование фоторезиста (рис 1,а).

4. Критерии применимости фоторезистов

Основными критериями, которые необходимо принимать во внимание при использовании фоторезистов в технологии полупроводниковых приборов и инт...