Коледов Л.А. - Технология ИС, страница 78

Примерный режим обработки позитивного резиста ФП=З83:!О ... 15 мин при комнатной температуре, 20 ... 25 мин, в термостате при 120 'С, затем переключение термостата на 150 ... 150 'С и нагрев до этой температуры. Травление материалов с использованием резистивной маски рассмотрено в 2 ! !.1. Предпочтение отдается методам сухого травле. ния, 345 Удаление резистивной маски. На заключительных операциях литографии необходимо обеспечить удаление резистивной маски и хорошую очистку поверхности от загрязнений, внесенных всем процессом литографии, так как состояние поверхности влияет на качество последующих операций.

В настоящее время применяются три способа удаления ревиста: химическая деструкция (разрушение) в серной кислоте или растворах на ее основе, обработка в органических растворителях, плазмохимическое травление. Химическая деструкция сопровождается реакцией разложения ревиста с образованием менее сложных коротких молекул с малой молекулярной массой, которые затем легко вымываются водой. Для ускорения деструкции концентрированную серную кислоту нагревают до 150 'С. Лучшее качество удаления и при меньших температурах (70 ... 100 'С) обеспечивает смесь концентрированной серной кислоты с 30%-ной перекисью водорода в обьемном соотношении 3:1.

Метод неприменим для удаления ревиста с металлизированных подложек. Обработка в органических растворителях успешно применяется для удаления ревиста с металлизированных подложек. Подложки длительное время выдерживают в растворителях (ацетоне, метилэтилкетоне, диметилформамиде). Качество процесса улучшается при добавлении к органическим растворителям органических щелочей. Затем разбухший рельеф механически удаляют н снова повторяют обработку в свежих партиях растворителей.

Недостатками жидкостных методов удаления ревиста являются многостадийность, трудоемкость, неконтролируемые загрязнения поверхности примесями из растворов, агрессивность реактивов, сложность механизации и автоматизации. Прн плазмохимнческой обработке в ВЧ кислородной плазме химически активны возбужденные молекулы кислорода, атомарный кислород и озон.

Разложение ревиста в кислородной плазме носит цепной характер, образующиеся в результате продукты с малой молекулярной массой улетучиваются н, подвергаясь окислению, превращаются в летучие продукты СО», гчО» и Н»О. Процесс удаления резистивной маски ускоряют добавки водорода, азота, влаги. Неорганические загрязнения не образуют при окислении летучих соединений, для их удаления в плазму добавляют галоге. ноуглероды, например фреон (см. $ 1! .! ) . Для удаления ревиста с одновременной очисткой поверхности от неорганических загрязнений используется ВЧ-плазма, состоящая из галогеноуглерода и кислорода.

В такой ВЧ-плазме имеются как активный кислород, который удаляет органические примеси, так и активные химические элементы, реагирующие с неорганическими загрязнениями н превращающие нх в газообразные соединения. Недостатки контактной литографии. Существенным ограничением контактной литографии является неизбежность механических повреждений рабочих поверхностей шаблона н подложки, так как этн 346 поверхности при совмещении находятся на близком расстоянии (!0 ...

15 мкм), а при экспонировании плотно прижаты друг к другу. При контактировании шаблон вдавливает в резист пылинки, микрочастицы стекла н др. Резнст налипает на шаблон. Кроме того, любые непрозрачные частицы, попавшие между шаблоном и слоем резиста, также являются причиной появления дефектов резнстивной маски. Получение плотного контакта между шаблоном и подложкой представляет собой практически неразрешимую задачу из-за изогнутости пластин (особенно эпитаксиальных структур) и подложек, неидеальности плоскостности контактнруемых поверхностей, наличия между ними посторонних частиц, из-за неравномерности толщин различных пленок н резистнвного слоя и др, Местные воздушные зазоры приводят к усилению дифракционных эффектов и обусловливают дополнительное расширение линий получаемого изображения.

Но из-за того, что преломление света в воздухе примерно в 2 раза меньше, чем в резисте, передаваемый рисунок еще больше искажается. Причиной, снижающей разрешающую способность контактной литографии, является также отражение излучения от подложки. Метод контактной оптической литографии имеет разрешающую способность 2 ...

3 мкм, погрешность совмещения от 0,5 до 1 мкм и производительность около 60 пластин в ч. Проекционная литография. Проекционные системы, принцип действия которых показан на рис. 11.35, работающие с уменьшением изображения н предназначенные для фотомультиплнкации с коэффициентами уменьшения в 1, 5 или 1О. Этн установки обеспечивают более высокую разрешающую способность (около 1,5 мкм), более точное совмещение, но обладают более низкой производительностью. Они позволяют экспонировать линии и зазоры шириной 1,5 ...

2 мкм с погрешностью совмещения не хуже -+0,5 мкм. Этого более чем достаточно для изготовления современных БИС, имеющих элементы размером от 2 до 6 мкм. С помощью проекционной литографии удалось существенно уменыпнть размеры транзисторов в технологии «Изопланар-5» (см. рис. 7.!5г). Рентгеновская литография. Фактором, ограничивающим разрешающую способность оптической литографии и минимальный проектный размер топологического рисунка, является дифракция света. Минимальная ширина линии 1„„рисунка в зависимости от длины волны Х электромагнитного излучения, применяемого для экспонирования, определяется соотношением г~м=0,61 Х/л Мп(а/2), где и — показатель преломления среды между объективом и изображением; а — апертурный угол выхода (угол между крайними лучами конического пучка света, выходящего из зрачка объев.

тива в сторону изображения). В случае оптической литографии и=1; 31п а/2=0,95; для 1=400 нм 1,„=0,26 мкм и для к=300 нм ! „=0,2 мкм. Это теоретический предел для оптической литографии. На практике он недостижим. Объективы имеют существенные аберрации (искажения изображений), рисунки топологических слоев микросхем представляют собой сложные сочетания элементов, размеры которых сопоставимы с длиной волны актиничного облучения, дифракционные картины могут накладываться. Кроме того, реальная обстановка проведения процесса оптической литографии вносит коррективы в практически достижимую разрешающую способность этого процесса.

Реитгенолитография обладает принципиальным преимушеством, связанным с тем, что в ней используется более коротковолновая часть спектра электромагнитного излучения и ее разрешающая способность не ухудшается из-за явлений дифракции, интерференции и отражений. На результаты рентгенолитографии слабо влияют посторонние частицы, поскольку в большинстве случаев для рентгеновских лучей они прозрачны. В основе метода рентгенолитографии лежат процессы взаимодействия мягкого (длина волны 0,4 ... 0,5 нм) характеристического рентгеновского излучения с рентгенорезистами, приводящие к изменению свойств последних в сторону уменьпгения или увеличения стойкости к проявителям.

Жесткое рентгеновское излучение не может быть использовано в связи с его высокой проникающей способностью и отсутствием возможности создать для него достаточно контрастный рентгеношаблон. Для проведения процесса рентгенолитографии необходимо иметь источник рентгеновского излучения, рентгеношаблон и рентгенорезист. Рентгенорезисты, как и фоторезисты, могут быть позитивными и негативными.

Первые разрушаются, а вторые сшиваются под действием рентгеновских лучей. Оба типа резистов имеют высокую разрешащую способность, но требуют различного времени экспонирования. В настоящее время предпочитают негативные резисты, которые экспонируются быстрее позитивных. Удалось достичь времен экспонирования, сравниваемых со временами экспонирования в оптической литоррафии: для позитивного резиста 5 ... 1О мин, для негативного — около 1 мин. Разрешающая способность для различных рентгенорезистов колеблется в пределах 0,1 .. 1,0 мкм. Одним из самых сложных вопросов является изготовление рентгеношаблонов.

Вместо прочных шаблонов с рисунком из тонкого слоя хрома или окиси железа, используемых в оптической литографии, в рентгенолитографии шаблоном служит хрупкая, сверхтонкая (2 ... 1О мкм) мембрана из кремния, нитрида кремния или нитрида борз, помещенная на подложку из полимерного материала, в частности полиимида. Рисунок микросхемы на шаблоне создается напылением или сканированием электронным лучом золота, сильно поглощающего рентгеновское излучение.

Кремний, нитрид кремния, 348 дааата Защитнае Рнс. 11.41. Структура рентгеновского шаблона окисел кремния, нитрид бора — прозрачные материалы рентгеношаблона, а пленка золота — непрозрачный. На нем выполняется рисунок слоя БИС (рис. 11.41). Большинство источников рентгеновского излучения, используемых в рентгенолитографии, имеют могцность в диапазоне 0,4 ... 40 кВт. Чаще всего источником является алюминий, бомбардируемый электронным лучом и дающий характеристическое излучение с длиной волны 0,834 нм (рис.

11.42). Применяют также рентгеновские трубки с медным анодом, покрытым тонким слоем кремния, которые дают рентгеновское излучение с длиной волны 0,713 нм, а также палладиевые источники рентгеновского излучения с длиной волны 0,437 нм. Время экспонирования рисунка на покрытой рентгенорезистом пластине зависит от мощности источника рентгеновского излучения. Для создания чрезвычайно мощных источников рентгеновского излучения были предложены синхротронное излучение и плазма, генерируемая с помощью лазера.

Вада дгнгаггнаде ни Ван Еедс миеда анна нид Рнс. 11.42. Установка рентгено ннтографнн 349 Операция совмещения при рентгенолитографии представляет собой сложную техническую задачу. Принимаются меры для достижения точности совмещения до 0,1 ... 0,02 мкм. Это позволит получить минимальные размеры рисунка БИС 0,5 мкм. Экспонирование осуществляют, пропуская рентгеновские лучи через прозрачное для них бериллиевое окно. Бериллиевая фольга экранирует рентгенорезист от теплового излучения и вторичных электронов, испускаемых рентгеновской трубкой.

Онн могут вызвать полимеризацию ревиста. Расстояние между источником рентгеновских лучей и подложкой, с одной стороны, требуется сокращать. для сокращения времени экспонирования, с другой — увеличивать для уменьшения размытия проецируемого изображения. Конструктивно это расстояние выполняется в пределах 60 ... 350 мм. Проявление рентгенорезиста на основе полиметилметакрилата осуществляется в органическом проявителе, состоящем из изопропилового спирта (60%) и метилизобутилового кетона (40%). Рентгенолитография обладает высокой разрешающей способностью, но установки для ее проведения уникальны, очень дороги, их использование оправдано при формировании субмикронных топологических размеров. Конкурирующим способом является электронолитография. Электронная литография.